民国三十三年(1944年)3月下旬，湖南省银行迁至（今郴州市）桂东贝溪，湖南省第三行政督察专员公署先后迁至（今郴州市）桂东、汝城、临武一带。
3—4月，永兴、资兴、桂东等县天花、脑膜炎流行，大量民众因受感染后抢救不及无助地死去。
5月，日军为歼灭布署在湖南的中**队并打通粤汉路，在发动豫中会战后，从东北、华北、沿海地区抽调8个师团约17万人的兵力，在第11军司令官横山勇指挥下，自5月下旬起向湖南发动“压迫式”进攻。
5月26日，日军分三路进犯湖南：左路第3师团、第13师团击溃通城防御后，冲向渣津、平江。中路第68师团、第116师团冲过新墙河后同时向汨罗江两岸发动进攻。右路第40师团、独立第17旅团渡过洞庭湖向沅江、益阳突进。
第9战区司令长官薛岳调集第72军在通城东南山区、第20军在汨罗江北岸、第37军在汨罗江南岸，第73军在沅江地区、第99军在益阳地区，使用以“点”逐次阻击，以线“”弹性包抄，待机包围歼灭的战术消耗日军。
6月1日，左路日军攻破长寿街、平江。
6月6日，日军突进沅江、捞刀河、永安市一线，芦林潭、湘阴沦陷。
同日，右路日军进攻宁乡、益阳，中**队奋力抵抗。
6月7日，日军攻占古塔，向高平、浏阳突进。
6月9日，中**队实施对古塔、东门市、永和三地围攻，古塔、东门市的日军告急。
6月11日，石湾沦陷，部份中**队退守浏阳。
6月12日，左、右两路日军会攻宁乡。
6月14日，第24集团军包围宁乡日军，连续激战4日，日军损失惨重。而浏阳守军面对持绝对优势的日军毫不示弱，苦战9天，方撤到浏阳南郊。
6月17日，黄土岭、红山头两个关键阵地失陷，岳麓山炮兵阵地随即陷落。
6月18日，湖南省政府由耒阳迁至（今郴州市）桂阳。
6月19日，在大军压境之际，仅半个多月长沙就宣告失陷。
6月22日，日军侵入攸县明月乡。
同日，军事委员会蒋委员长对第十军方先觉部下达命令：无论如何要坚守衡阳城10至15天。
6月23日，攸县县政府撤离县城。
6月23日，日军分兵进攻攸县和湘乡，包围衡阳。
拂晓时分，日军笫68师团、第116师团向衡阳进攻。经过近五天中国抗战史上最悲壮、最惨烈的激战，日军付出难以承受的伤亡代价后，终于在27日攻克衡阳外围阵地。第10军守护外围阵地的将士，全部战死殉国，无一人投降、逃跑、撤退。
6月24日，攸县、安仁、耒阳沦陷。薛岳命令第20军、第26军、第37军、第44军分兵前往茶陵地区阻击日军。
6月26日，攸县，盟军飞机轰炸县内日军，为了泄愤日军纵火焚城，大火数日不灭，据战后统计，共烧毁店铺、民房900余栋。
6月28日，衡阳，日军第68师团和第116师团因减员严重，只好动用预备队，在飞机、重炮的掩护下，向衡阳这座人口仅仅20万的小城发起了总攻，第10军将士面对炮弹、炸弹、毒气和杀红了眼有日军冲锋部队，毫不心软，免费向日军攻城部队大量奉送以集束手榴弹为主要原材料制作的“小炒肉”。
第68师团长佐久间为人中将亲临前线指挥部队时，被第10军的炮火击中，他的参谋长原氏真三郎大佐和师团司令部的一些官佐、士兵担心他黄泉路上太孤单，陪他一起去了。
7月2日，经过五天五夜的连续的搏杀后，日军因兵力损失严重、炮弹消耗完毕，只得停止了对衡阳的进攻。
7月8日，攸县、官田、醴陵光复，进犯耒阳的日军被包围。第58军收复醴陵后，向株洲、渌口发动攻击。
7月11日，日军四个野炮大队、二个迫击炮大队加入了衡阳攻城部队。日军再次向衡阳总攻。
7月12日，蒋介石命令第62军、第79军火速增援衡阳守军。
7月13日，日军120联队联队长和尔大佐被击毙。
7月20日，日军通过九天九夜不计伤亡的进攻，终攻占衡阳的第一道防线阵地。站在这道防线阵地上，作为胜利者日军第68师团和第116师团的官兵没有丝毫兴奋的感觉，仅在此次进攻中，两个师团伤亡8000人、120联队联队长阵亡、大队长死了6个、所有的中队长几乎死得一个不剩。看着不远处衡阳城的第二防线，日军官兵神色黯然，因为谁也不知道再下去，身边还能有几个人能回到家乡。其实第10军的损失也是令人瞠目，因为每一个失守的阵地都是打到最后一人也不撤退，由此伤亡高达达4000余人，虽然战损为日军的二分之一，但因没有战员、弹药（第10军炮弹己耗尽）补充途径，境况远较日军糟糕。
同日第79军和第62军打到衡阳郊外，刚停止对衡阳进攻的日军第68师团和第116师团转而阻击中国援军，第79军和第62军和日军接火后就迅速后撤，向蒋介石报告说日军火力强悍，进攻不利，只能采取主动防御，待机进攻云云。
衡阳久攻不下，日本天皇震怒，横山勇在多重领导的关怀下，命令第58师团和第13师团增援衡阳战场。
7月23日，茶陵、耒阳、醴陵再次沦陷。
7月29日，萍乡、莲花沦陷。中**队随即又收复萍乡，向占领醴陵、莲花、茶陵、安仁的日军发动攻击，对围困在耒阳的日军加强攻击力度，希望借此分担坚守衡阳的第10军所承受的压力。湘江西岸的日军分兵攻取永丰。驻守永丰的第100军与日军激战后南下与第79军向衡阳方向攻击，以求帮助第10军冲出衡阳。第62军与第4战区第46军也攻到衡阳前线，但在日军的强大兵力前不得寸进。
8月2日，中国增援部队在衡阳城郊与日军激战，希望能迟滞日军的攻城步伐，但日军各攻城部队已经基本到位，不为所动。
8月4日凌晨，日军集结第13师团、第58师团、第68师团和第116师团向衡阳发动第三次总攻。国民革命军第10军的轻伤员、马夫、伙夫全部编入一线作战部队。战至8月5日，第10军伤员数达到8000人。
8月6日，第58师团从北门攻入城，第10军将士与之展开巷战。
因制空权为日军所夺得，美军飞机空投接济弹药的行动越来越难。巷战开始后，两军犬牙交错，混成一团，只好停止空投行动，弹药耗尽的第10军将士，唯一的武器只有刺刀。当一部日军冲到第10军军部不到200米时。参谋长孙鸣玉带领特务营和军部科室人员，在军部旁边与日军血战。至此，军部与各师的联系彻底中断，到处都在展开巷战，传令兵也无法出去联络。各部队之间失去联络，只得各自为战，衡阳已经注定了陷落的命运。
国民革命军第10军军长方先觉在一部可与重庆相通的电台旁，含泪，口诉电文：
重庆，军事委员会蒋委员长：
敌人今晨已由北门冲进来，城内已无可用之弹及可增之兵，危急万分。生等只有一死为国，来生再见。
方先觉、周庆祥、容有略、葛先才、饶少伟、孙鸣玉。
同叩首（6日）。
8月6日晚，西南城外阵地，第57旅团长志摩源吉少将被中方迫击炮弹炸死。
8月7日，各路日军纷纷突进城内，展开大规模巷战。下午，日军将一名守军俘虏放回，让其向方先觉带信，要求第10军停止抵抗。
8月8日凌晨，日军控制衡阳城内多数制高点，守军被分割包围后继续抵抗。
8月8日白天，第3师师长周庆祥下令挂了白旗，进攻第3师阵地的日军停火。方先觉面对9000多伤员，心思重重。第10军将士孤军奋战47天，委员长天天说几个军救援部队就在城外，就要攻进衡阳城。他不是不知道**将领们担心折损自己实力的想法，可是也不至于一个团也没打到衡阳城下吧。衡阳城作为四攻之地，已经被日军团团包围，没有外力帮助的话，自己突围就必须放弃所有伤员和自愿留在城内帮助照顾伤员的数千衡阳群众（为抢挖工事，运送弹药，就牺牲了3174个衡阳群众）。如果这么做，参照以往日军苦战后攻占城市的所作所为，伤员和群众必遭屠杀。自己自杀，结果也大致一样，虽然自己能享尽哀荣，成为载入史册的名将。当周庆祥下令挂白旗的消息传来时，方先觉不得不考虑与日军商讨投降条件了，他很清楚：只要走出这一步，自已将成为抗战以来第一个面对日军放下武器的黄埔出身的中国将军，将为所有校友所不齿。此时，他命参谋长起草了投降先题条件：
1.保证官兵生命安全;
2.收容治疗伤兵，郑重埋葬阵亡官兵;
3.第10军保留建制，不出衡阳，就地驻防。
方先觉叫那个带信的士兵向日军回话，只要满足上述条件，即下令所部停止抵抗，向日军投降。
方先觉的条件在日军引起很大的争议，很多人认为这样的条件对第10军过于优厚，特别是第2条和第3条，如果全部同意，几乎就是向一支永远无法使用的“和平军”（伪军）提供大量的医疗物资。但最后考虑到招降一名“民族英雄”的政治影响，日军最终接受这个有史以来闻所未闻的投降条件。
当晚，方先觉与日军68师团长堤三树男正式谈判，日方向第10军的顽强战斗意志表示敬意，并表示完全同意所有的条件。第10军的投降官兵共13000余人，其中有战斗力的不足4000，其余全是伤员。
至此长（沙）衡（阳）会战宣告结束。是役，中**队兵力占优，但部署不周、指挥不当，尽管中国官兵与日军喋血苦战47天，最终也未能破坏日军占领衡阳，控制粤汉、湘桂铁路的计划。据战后统计，长衡会战期间，中国守军伤亡9万余人，日军伤亡也达6.6万余人。
日军对第10军将士的英勇作风十分钦佩，将被俘的第10军官兵编成一个军，取方先觉之先字和天皇昭和年号之和字，定名“先和”军，要方先觉任军长，并诱以优厚待遇，遭方先觉严词拒绝。但日本还是在控制区内各大报纸上宣称方先觉欣然同意出任“先和”军军长一职。
不久，第10军四个师长和一些官兵纷纷逃回重庆。
1944年12月，方先觉在伪衡阳县自卫司令王伟能(原衡阳县县长)与伪维持会、复兴会的人的帮助下出逃，由第73军19师接应，安全抵达重庆。
方先觉到重庆拜会蒋委员长时，黄埔军校校长蒋介石责问这个黄埔三期的学生：“你为什么不死呢？”一刻钟后，在大批记者面前，蒋总统盛赞方先觉英勇作战，重创日军，授其青天白日勋章。
功亏一篑、未竞全功、惟欠一死的悲情英雄——方先觉因投降日军一事，再未得到机会与日军作战。1949年方先觉随国民党政府到台湾，1968年削发为僧，1983年在台北去世。
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