1944年5月，日军第11集团军司令官横山勇指挥8个师、1个飞行团和海军一部，共20余万人，以攻占湘桂铁路（衡阳—来宾）为目标，向长沙、衡阳地区进攻。我国第九战区司令长官薛岳指挥4个集团军（共15个军）另2个军共约40万人，在空军（飞机181架）、友邻战区支援下，以一部依托湖北通城东南山区、湖南新墙河南岸、沅江和益阳地区的既设阵地，节节抗击，消耗、迟滞日军；主力分别控制于浏阳、长沙、衡阳及宁乡等要地，相机歼敌。
27日，日军以5个师由湖南华容、岳阳、湖北崇阳沿湘江两岸和湘赣边山区分三路发起攻击，以3个师集结于湖北监利、蒲圻待机。另以1个团又5个营进至江陵以南松滋河沿岸进行牵制，以掩护军右翼。防守新墙河的第20军予日军中路第68、第116师以持续抗击后，转至湖南平江以东山区待机。
防守崇阳东南山区的第72军、挺进纵队对日军左路第3、第13师逐次阻击，迟滞其行动。防守益阳的第73军抗击日军右路第40师。1944年6月1日，日军中、左路强渡汨罗江，突破河防阵地后，分路向捞刀河、浏阳河进攻。守军第37军采取边抵抗边后撤的战法，撤至浏阳附近山区待机。
至14日，日军相继攻占沅江、益阳、浏阳。16日，日军第34、第58师、第68师一部攻击长沙城区。第4军坚守至18日下午，伤亡殆尽，长沙失陷。第九战区为阻敌深入，保卫衡阳，从20日起向日军发起反击，至27日，将日军左、右路分别阻滞于醴陵、湘乡；对日军中路在渌口、衡山间虽给以打击，但未能阻止其南进。
28日，日军第68、第116师攻击衡阳。守军第10军（4个师，但实际只有4个团的兵力）依托工事以正面和侧面火力掩护，连续实施反冲击，战至1944年7月2日，予敌以重创，迫其停止攻击。11日，日军第68、第116师得到增补后，以15个步兵营、12个炮兵营第二次攻击衡阳。守军以固守阵地与机动防御相结合，加强阵地间的互相支援，实施短促近战和反冲击，战至20日，迫敌再次停止攻击。其间，被阻滞于湘东山区的日军第3师先后在醴陵、茶陵、安仁遭重创。后在第27、第34师和第13师一部支援下，战至月底，始突破围阻。8月4日，日军第11集团军集中4个师第三次攻击衡阳。守军抗击至8日，伤亡惨重，且孤军无援，被迫放下武器，衡阳陷落，长衡会战结束。
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长衡会战为什么失败