于是日军再度组织第三次总攻，此时的守军已是强弩之末，但日军数次突入衡阳城内均被守军击退。
日军第三轮总攻发起，衡阳城已经到了最危急的关头，援军还是没有到来，绝望之下，衡阳守将向重庆的最高统帅发去了最后一封电报:
“敌人今晨由北门突入以后，即在城内展开巷战，我官兵伤亡殆尽，再无兵可资堵击，职等誓以一死为报国家！”
何以报家国，唯一死而已。
后来横山勇想出一条毒计，在攻占守军外围阵地后，直接屠杀伤兵，如果城内守军不投降就杀掉这些伤兵。
最后，在内无粮草，外无援军的情况下，率部坚守了四十八昼夜的衡阳守将为保全数千伤兵的性命，选择与日军实现有条件停火。
横山勇为了迅速结束衡阳战事，便接受了守将的条件。至此衡阳战役结束，第十军从战前一万七千人与敌鏖战一个半月仅存一千两百残兵，几乎全军覆没。
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