原本负责防守衡阳城南面的第一百九十师和第三师的第七团扩大了防御宽度，接替了衡阳城西南的第一线阵地，第三师的主力部队则部署在纵深天马山、岳屏山、接龙山、五桂岭高地一线。
在日军第十一军中路的两个师团和华夏政府第十军在衡阳城外围战斗的时候，华夏政府第三十集团军曾经对日军第十一军的进攻部队实施过反击，并一度收复了醴陵和萍乡，但日军第三师团和日军第十三师团的进攻部队随后便连续攻占了耒阳、攸县，并重新占领了醴陵，这导致了衡阳更加的孤立了。
一九四四年七月十一日，日军第十一军的各路进攻部队在得到炮兵的加强和弹药补给后，便开始发动了第二轮总攻，日军第六十八师团的新任师团长堤三树男中将也是来到部队上任。
日军第十一军负责衡阳城攻击的日军第六十八师团和日军第一百一十六师团进攻的重点仍然在衡阳城的西南郊，日军第一百一十六师团师团长岩永汪中将以一个步兵联队、两个野炮兵联队和空军第四十四战队向预备第十师驻守的虎形山阵地发起猛攻。
激战到第二天上午的九点，预备第十师在日军第一百一十六师团的进攻下伤亡惨重，防御阵地也被日军第一百一十六师团的进攻部队突破。
于是，为了夺回虎形山的防御阵地，第三师组织了一个营的兵力向日军第一百一十六师团的进攻部队发起了反击，随后，双方在虎形山的阵地上展开白刃战，经过激战，第三师组织的这一个营的反击部队营长牺牲，全营官兵伤亡了四分之三，但是，第三师组织的反击还是没又能够夺回虎形山的防御阵地，预备第十师的残部只能退守西禅寺。
战至七月十五日，预备第十师和第一百九十师防守的第一线阵地也已经多处被日军第十一军的进攻部队突破，在第二线的第三师这期间也是组织了多次的反击作战，成功的又收复了一些要点。
衡阳的战斗打到这个时候，日军进攻部队和华夏政府第十军的阵地已经是犬牙交错了，华夏政府第十军的官兵们和日军第十一军的进攻部队在这种近距离的战斗中打得也是极其惨烈。
为了增加部队的防御纵深，华夏政府第十军的方军长命令第一百九十师在衡阳城的西南面构筑第三道防线。
七月十六日，第一百九十师放弃了第一线的剩余防御阵地，全部撤往了刚刚构筑的第二道防线，这样才让日军第十一军的进攻部队得以前进到衡阳城的西门附近。
七月十七日，日军第十一军的进攻部队在衡阳城西南方向的进攻仍然是进展缓慢，并且，日军第十一军进攻部队的攻击力量再次的枯竭了下去。
而与此同时，华夏政府第十军的部队因为缩小了防御面的宽度，却仍然可以保持之前的防御密度，所以各防御阵地上的阻击火力并没有怎么减弱。
在这段时间内，日军第一百一十六师团第一百二十联队的联队长和尔基隆大佐被打死，日军第一百三十三联队的三个大队长也相继被华夏政府第十军的部队击毙，而且更惨的是，日军第一百三十三联队的每个大队中所剩的兵力已经平均不到一百人了。
七月十九日，日军第十一军司令官横山勇中将再次下令日军第十一军负责中路进攻衡阳的日军第六十八师团和日军第一百一十六师团暂时停止攻击。
不过，在日军第十一军中路的这两个师团猛攻衡阳的时候，华夏政府第九战区的部队在衡阳的外围部队仍然没有取得什么反击上的进展。
七月二十二日，华夏政府军委会从华夏政府第七战区抽调增援过来的六十二军抵达战场，华夏政府军委会命令第二十七集团军副总司令李玉堂进驻第六十二军的军部，督促第六十二军向正在猛攻衡阳西南面的日军第十一军进攻部队发起进攻，以解衡阳之围。
同时，华夏政府军委会也是严令华夏政府第九战区的其余部队要趁日军第十一军进攻部队后方空虚的时候，击破各自面前的日军第十一军的进攻部队，但华夏政府第九战区各军现在连自己部队的防线都难以维持，哪里还有能力主动的向日军第十一军的进攻部队发起反击啊。
同时，日军第十一军的情报部门对华夏政府第九战区部队的调动了如指掌，甚至包括刚刚到达战场的华夏政府第六十二军的行动也都非常的清楚。
当日军第十一军司令官横山勇中将得到情报，说刚刚到达战场的华夏政府第六十二军要向进攻衡阳的日军第十一军进攻部队发动反击后，也是马上命令日军第四十师团前进到衡阳的西南方向阻击前来攻击的华夏政府第六十二军，同时，日军第十一军司令官横山勇中将命令日军第六十八师团第五十七旅团迅速归建，然后跟随日军第六十八师团一同参加对衡阳的进攻作战。
七月二十三日，华夏政府第六十二军开始向衡阳西南方向攻击前进，并且曾经一度攻击到了衡阳城西的火车站。
但华夏政府第六十二军也在攻击作战中部队官兵伤亡巨大，连弹药都已经消耗殆尽了，而日军第四十师团在华夏政府第六十二军停止了进攻后，立即组织起了反击作战，并把华夏政府第六十二军给击退了下去。
而在华夏政府第六十二军身后的第二十四集团军的主力第七十四军、第七十九军和第一百军也被阻止在了日军第四十师团的封锁线之外。
八月四日，日军第十一军的各进攻部队完成了第二次整补，各进攻部队在获得了补给和兵员补充后，随即便开始向衡阳发起了第三轮总攻。
此次日军第十一军攻击衡阳城的部队除了日军第六十八师团和日军第一百一十六师团之外，日军第十一军司令官横山勇中将还将日军第五十八师团也调来了衡阳，从衡阳城的西北方向对华夏政府第十军的防御阵地发起进攻。