在1944年日本即将全面崩溃之际，日本大本营决定用最后一丝力气拼死一搏，打通大陆交通线，最终直逼重庆，迫使中国投降，按本来的计划是攻陷河南，越过潼关，发兵西安，然后沿川陕公路南下，但是日军因为进入豫中后没能攻克潼关，所以日本决定攻占长沙，夺取衡阳，再进攻桂林、柳州，南宁。

日军1944年6月18日攻占长沙，战而进攻衡阳，面对危局，国民党军事委员会总指挥部急速调兵遣将，分三路阻击，衡阳之战是抗战后期最大规模的一次会战，被蒋介石称为“有关于国家之存亡，民族之荣辱至大”。

当时驻守衡阳的是第九战区第十军，军长是方先觉，当时的第十军因之前参加过常德保卫战，兵力折损过半，仅相当于两个师的兵力，而且是疲惫之师，日本却有除了十一军4个师团外还有直属炮兵、化学部队等11万人，中日兵力对比1:6.4，中国兵力不足，按照国民党军事委员会的计划是国民党主力部队在外围，以方先觉万余部队吸引日本主力部队，外围主力部队增援合围，里应外合，一举歼灭来犯之敌。可惜的是，日本第十一军司令官横山勇识破了中方的战略意图，只调集了3万人攻城，其余兵力阻击国民党援军。

6月23日凌晨，衡阳攻防战开始打响，两军狭路相逢，死拼硬抗，战斗持续将近一个月，双方伤亡很大。日本速战的战略破灭但是中方却面临更大的困境--援军等不来。据后来方先觉回忆，当时城内缺粮少药，没有绷带和止血药剂，负伤官兵的伤口上有发炎生蛆的现象，很多官兵可以救治但却死亡了，城内盼着援军赶快到来，可援军此刻被日军阻击，迟迟未能前进，蒋介石虽多次下令让增援部队火速前进，可是增援部队再离衡阳城5公里的地方再也未能前进。

在生死攸关之际，大海那边日本天皇翘首以盼，日军又集结了多了师团，重炮，11万余人开始更加猛烈的攻城，到了7月25日，衡阳愈发危险，蒋介石在深夜向上天祈祷，希望援军突破日军阻击线，能解衡阳之围。但到了8月2日，援军仍然没能突破封锁，蒋介石无奈中，动用飞机向衡阳城投下手谕，不许方先觉再发电求援，嘱其以死报国，坚守勿退，力克敌军。

时间到了8月6日，日军最终还是突破了衡阳城北一角，双方在城内开始了肉搏战，衡阳城变成一座鲜血喷溅的血城，在8月7日，日军动用重炮欲一举拿下，到了下午3时，方先觉向蒋介石发了最后一封电报，说道要以死报国，不负钧座平生培养，来生再见。蒋介石读到方先觉的电报，悲怆中几乎晕倒。8月8日衡阳陷落。

衡阳攻守战，国民党以1.7万人的劣势兵力同日本11万人想抗，坚守孤城47天，以死伤1.5万人，亡七千人，参谋长，四师长被俘的代价，致敌死伤7万余人，亡4.8万人，日本六十八师师长，五十七旅团长被击毙。这场战役虽然衡阳失守，但是打出了中国军队在抗日战争中防御作战独一无二的巅峰，也是少有的日军伤亡人数远大于中方的战役。也正是因为衡阳之战久攻不下和伤亡惨重，引起日本军政两界和社会舆论对东条英机内阁的不满和痛责，东条内阁在7月18日垮台。