但守军并未退缩，依靠坚固阵地和地形优势节节抵抗。
本来按照战前部署，第十军只需坚守十到十四天，援军便会赶到与守军里应外合，合击十一万日军于衡阳城下，如果成功便可扭转从河南战役爆发以来中国军队的颓势。
但事与愿违，中国军队的电报被日军情报部门破译，日军对中国军队的行动做了针对性部署，致使包括数支主力攻击军在内的近三十万中国军队被堵截在衡阳外围，始终无法向衡阳靠近一步。
日军本以为能在短时间内迅速拿下衡阳，但前后发动两次总攻，均被阻击在衡阳外围的张家山、五桂岭、虎型巢和停兵山一线，纵使动用毒气进攻也没有取得较大进展。而且损兵折将极其严重。
但是守军也好不到哪里去，日军第二次总攻期间，城内储备的粮草几乎吃完，弹药所剩无几，药品也消耗一空，只能依赖空投补给。
以至于，守城的伤兵得不到医药救治，只能以盐水清洗伤口
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