身为派遣军总司令官的畑俊六大将亲自督战，横山勇和第十一军各部顿时压力倍增，对第三次进攻衡州的阵容，他经过与中山贞武商议，把目前所有能调动的部队全都派到了衡州作战。
这次抽调了正在进攻醴陵的第二十七师团和第三十四师团，每个师团只留下一部继续执行阻敌增援任务，然后集中第四十、第五十八和第六十四三个师团，这就是五个师团的兵力。
为了破开防御，配属了坦克联队和军属炮兵部队，第十三师团的第一零四步兵联队也赶到衡州南部，加起来多达十万多人的兵力，称得上是倾巢而出。
特勤局的情报人员，源源不断的把日军动向发给韩霖，美军的侦察机也不断升空对日军进行侦察，很快，情况就汇总到指挥部。
“给军委会发电，如果外围第九战区的部队能在四十八个小时内赶到衡州，我们就继续坚守衡州，如果支援没法按时抵达，我们就撤出衡州，准备围歼被堵住的日军第三师团。”韩霖在指挥部说道。
“按照军委会给我们的通报，第七十九军到达了衡州西北的演陂桥一带，第一百军已由涟源南下，第六十二军正在向白鹤铺前进，算算距离，别说是四十八小时，一天的时间也很富裕。”方子珊很有信心的说道。
“你可不要对情况太乐观了，趁着衡州周围比较安全，先把伤员、缴获的武器和城内的粮食物资，全部转移到耒水东岸的泉溪镇，保证随时能够轻装上阵，状况的发展未必如我们所想，我们要做两手准备。”韩霖说道。
二十一日，最先赶到衡州西部的日军第四十师团和第五十八师团，率先和守城部队交火，日军第四十师团是三联队九個步兵大队，第五十八师团是两旅团八个步兵大队，总计十七个步兵大队。
这次攻城动用了十二个大队，以步兵大队为批次，在炮火的掩护下不计代价的疯狂进攻，不断发动冲锋，看起来这次日军已经急红了眼，守城部队的伤亡也在增加。
机动部队和第四游击师仗着自身的火力强大，死守阵地绝不后退半步，一次次打退敌人的进攻，勇敢作战且战术运用得到，观战的史迪威将军对他们的表现非常满意。
通常是迫击炮打乱敌人的进攻队形，远一些距离使用勃朗宁大口径重机枪扫射，近距离是轻机枪和冲锋枪，从早晨打到晚上，日军一步也没法逼近，只留下一地的尸体。
二十二日上午，东条英机宣布辞去首相职务，小矶国昭奉命组阁。
日军第二十七师团和第三十四师团主力，急行军逼近衡州东北部的茶山坳，与守在咸塘镇的第三游击师爆发激战。第三游击师的任务是守护南部泉溪镇的生命通道，保障衢州的主力能够顺利撤出。
“我就不该对这些部队抱有奢望，以衡州为诱饵，把日军的主力部队吸引过来，然后中间开花夹击日军，现在想想，我怎么就这么幼稚，在山城政府混了这么多年，简直是白混了！”