日軍133聯隊長黑瀨平一領受任務後，因作為聯隊主力的第一大隊經過兩天的激戰此時已經全滅，所以他不得不將原本分屬於第二、第三大隊的步兵中隊臨時整合在一起，以保持一線部隊的編制完整。由於7月1日的大規模攻勢未能成功奪取張家山高地，所以此時高地上方的斷崖工事再一次成為了日軍前進道路上的巨大障礙。

　　為了盡快突破我軍防線，黑瀨平一派遣一支由石原中尉率領的日軍敢死隊，這股日軍的裝備與之前的突擊隊不太一樣，他們隻攜帶了刺刀與手雷，並沒有裝備竹梯與步槍，他們的目的只有一個，那就是:搭建人梯。

　　下午16時，在日軍步炮、野炮的火力準備結束後，突擊隊長石原拔出軍刀大喊道:“出擊！”隨後，第一組日軍迅速躍出戰壕，不過作為突擊隊長的石原卻在戰鬥剛剛開始後就中彈陣亡了。剩余幸存的日軍士兵則利用煙霧彈的掩護順利抵達我軍斷崖工事下方，這些日軍忍受著來自上方工事的手榴彈破片殺傷，紛紛抱住彼此的肩膀緊靠崖壁，然後向後面的士兵喊道:“好了，快爬！”隨後，其余日軍開始踩著戰友的腰部繼續向上組成人梯，眼看攻勢就要奏效，在後方觀戰的聯隊長黑瀨平一隨即下令第二組日軍敢死隊出擊。

　　雖然位於人梯最下方的日軍士兵在遭到手榴彈襲擊後，腿部已經被炸的血肉模糊，但是他們依然以半跪著的姿態強行支撐著人梯，對此我軍官兵曾回憶道:此種情形，雖為敵人，但對其一線步兵之作戰精神則不得不感到欽佩。

　　在一批又一批日軍敢死隊所組成的人梯支撐下，已經有不少日軍士兵在頂端成功翻越了我軍防線，可是在日軍就要取得戰果之時，掩護日軍人梯的煙霧卻散了。由於此時正處白晝，一旦缺少煙霧的掩護，那麽這數百名日軍士兵則會完全暴露在我方側射火力的打擊下。而且在133聯隊發起對張家山陣地的攻勢時，此前負責進攻左翼虎型巢高地的120聯隊卻沒有對我軍發起佯攻以配合133聯隊的行動。果然，當煙霧散盡後位於虎型巢的我守軍重機槍陣地發現日軍企圖用人梯強攻張家山後，隨即集中全部火力對日軍的這些“活靶子”進行掃射。

　　刹那間，位於斷崖工事下方的日軍頓時陷入了地獄般的景象，密集的人群中血肉橫飛，各處人梯也在一片血霧中徹底崩塌。在目睹日軍敢死隊付出巨大代價而形成的人梯最終崩塌後，聯隊長黑瀨平一在指揮所內握緊雙拳強忍著憤怒，但身體還是止不住的在顫抖，為了不至於功虧於潰，黑瀨下令日軍第三組敢死隊開始突擊。由於日軍的意圖已經被我方發覺，所以此時位於張家山陣地的30團官兵也開始對從人梯躍入陣地的日軍散兵發起反擊，隨著機槍與手榴彈的雙重打擊，包括第二大隊大隊長東條公夫在內的日軍第三組敢死隊於傍晚時分全軍覆沒，至此日軍在7月2日下午發起的突襲行動徹底失敗。

　　其實此時黑瀨平一的手中還有最後一組敢死隊員，但是他在最後關頭放棄了使用，因為在他看來此時日軍的行動已經失去了突襲的最佳時機，在中國軍隊的凶猛火力打擊下，再派出敢死隊架設人梯的結果除了白白葬送士兵的生命外沒有任何意義。日軍停止攻勢後，位於後方指揮所的師團長岩永汪向黑瀨打來電話，並怒氣衝衝的問道:“明明只差一點就能成功，到底是怎麽回事！為什麽要終止攻擊?”

　　面對岩永汪的質問，

黑瀨一句話都沒說就掛斷了電話，對於120聯隊在此次作戰行動中沒有能夠及時配合自己的行為，他的內心其實是非常憤怒的。但是他又懶得向岩永汪解釋什麽，因為他清楚120聯隊的聯隊長和爾基隆或許是怕133聯隊能夠比自己更早一步突破衡陽守軍的防線而故意不提供配合，但是這種毫無證據的猜測他也只能放在心裡。　　對於黑瀨平一掛斷自己電話的行為，師團長岩永汪也並沒有追究，因為自從岩永汪早年在擔任聯隊長的職務時，黑瀨平一就是其手下十分得力的乾將，所以當他發泄完怒火後，冷靜下來也能夠理解此時身處前線的黑瀨。

　　與此同時，負責進攻其它高地的日軍第57、58旅團以及109、120聯隊也相繼陷入了苦戰，作為攻城日軍中戰鬥力最強的133聯隊至少還曾一度攻佔過我軍張家山部分陣地，而其余的各路日軍在連日的戰鬥中卻始終未能取得任何進展。為了奪取虎型巢高地，120聯隊派遣了其野戰攻堅能力最強的步兵第9、10中隊執行強攻。可是在數日的戰鬥中，這兩支日軍突擊隊始終被守軍壓製在斷崖之下，其中第9中隊已經全滅，第10中隊也只剩下了鈴木軍曹等6名士兵。因晝間攻擊失敗，120聯隊轉而對虎型巢高地發起夜襲，當日軍士兵從斷崖下方準備向上攀登時，隱藏在上方手榴彈投擲壕內的中國守軍走出掩體準備對日軍步兵發起攻擊。

　　在後方目睹這一切的聯隊長和爾基隆雖然試圖警告一線部隊，但由於通訊中斷以及缺少炮火支援的因素(120聯隊所屬炮兵在開戰前僅有2個基數的備彈，此時已經全部打光)，他也只能祈禱位於斷崖下方的日軍士兵能盡早發覺中國手榴彈兵即將開始的襲擊。果然，在守軍的手榴彈打擊下，120聯隊的夜襲部隊遭到毀滅性打擊，1個中隊的日軍在密集的爆炸聲中幾乎全部戰死，120聯隊的夜襲以失敗告終。

　　由於116師團長岩永汪與黑瀨平一的特殊關系，當133聯隊向我軍發起進攻時，岩永汪不僅將師團下轄的炮兵部隊完全配屬給了黑瀨聯隊，而且還從120聯隊抽調了數十發炮彈，導致西線的120聯隊因缺乏重火力的支援而遲遲無法在虎型巢方向打開局面，為此聯隊長和爾基隆對岩永汪的做法感到十分不滿。

　　7月2日，衡陽機場在日軍獨立步兵第64大隊的搶修下終於恢復了起降條件，日軍第44航空隊的戰機開始對張家山主陣地執行轟炸。與此同時，日軍109聯隊第一大隊長飯島克己率領數百人向西禪寺高地再次發起攻擊，不過在第十軍官兵的頑強阻擊下，日軍109聯隊遭到了慘重傷亡，被擊中的日軍士兵紛紛從山坡上滾落下來。

　　戰至中午聯隊所屬的炮兵隊已經將所有彈藥全部打光，為此聯隊長瀧寺保三郎不得不命令109聯隊中止攻擊。而68師團作為第11軍中的一支輕裝師團，其自身配屬的炮兵相比於以野戰為主的116師團要弱小的多，在楓樹山、五桂嶺方向進行攻擊的獨立步兵第58旅團僅有師團配屬的1個山炮聯隊的火力支援，因缺少直瞄重火力，致使在一線作戰的68師團各步兵大隊在我軍固若金湯的防禦工事面前傷亡慘重，其獨立步兵第65大隊幾乎全滅。

　　因在晝間作戰缺少重火力的掩護，68師團只能在夜間派遣部隊向第十軍陣地發起突襲，為了減少彈藥的過度消耗，第58旅團長太田貞昌要求一線日軍機槍中隊禁止對遠距離目標進行水平掃射，而此時68師團中的許多非戰鬥人員也被編入了進攻梯隊，但依然無法攻克我軍陣地。

　　經過數日的激戰，防守張家山陣地的預10師官兵已經極大的遲滯、殺傷了日軍主攻部隊，但由於張家山24、25高地所處的位置距離衡陽核心防禦圈相對較遠，所以此處並非是我軍必須要死守的陣地。加上日軍持續不斷的猛烈炮擊，使張家山前沿陣地的許多防禦體系結構遭到嚴重損毀，失去了應有的作用，最終在軍長方先覺的命令下，守軍於7月2日夜裡放棄了張家山24、25高地，將剩余兵力撤至張家山35高地內。

　　日軍在第一次總攻中先後投入了16個步兵大隊的兵力，連續猛攻了近5天的時間僅將戰線向前推進了不足1公裡的距離，而且在西禪寺、張家山、虎型巢、楓樹山、五桂嶺周圍的每一處大型斷崖工事下方都至少陣亡了上千人，負傷者多達上萬人。由於日軍遺棄的屍體實在是太多，我軍的多處工事已經失去了高位優勢，只能任由日軍士兵從其戰友遺體堆積的“小山包”攀登上來，由此可以看出日軍在這次總攻後付出了怎樣慘重的代價。關於中國軍隊在作戰中的表現，日方資料中有這樣的評價:“敵軍亦有頑強鬥志，依憑堅壘實施了頑強抵抗，特別是預先修築了為發揚其所擅長的手榴彈戰的威力而準備的工事，以此種堅壘阻擋住了我軍的肉彈攻擊。”

　　根據參戰的日軍官兵回憶，第十軍迫擊炮的精準程度著實讓人感到恐慌，這些炮彈就像長了眼鏡似的，不僅能準確打掉日軍的機槍、步炮陣地，甚至能命中正在移動中的日軍一線指揮官所在位置。畢業於日本陸軍士官學校的133聯隊聯隊長黑瀨平一曾評價道:“對面重慶軍迫擊炮之精湛操作堪稱藝術，我士官學校步炮協同演練科目當為一線作戰部隊參考之最高標準，可相比於敵人炮火彈著點之精準，我軍亦不能敵。”

　　在整個南部作戰過程中，日軍的許多炮兵都是在其後方被我方迫擊炮火力精準斃殺，而且第十軍的士兵中又不乏神槍手，在一線指揮作戰的部分日軍大隊長、中隊長及小隊長均被一槍斃命。在張家山爭奪戰期間日軍133聯隊第三大隊長小野秀男在偵查完我軍陣地準備返回後方時，從掩體向下方跳躍的一瞬間被一顆來自我方陣地的步槍子彈直接貫穿頭部當場死亡。根據日軍一線通訊中隊的幸存士兵回憶，在衡陽南部作戰期間，守軍狙擊手曾經數次將日軍通訊中隊架設的電台天線打斷，為此日軍士兵向上級報告懷疑中國軍使用了帶有光學瞄具的步槍，由此可見第十軍能夠在孤立無援的情況下獨自堅守衡陽城47天，與其自身極為出色的軍事技能有直接關系。

　　而且第十軍在第三次長沙保衛戰期間成功阻擊日軍2個甲種野戰師團的強攻後，被軍委會授予“泰山”的稱號，因此每一名第十軍的官兵從心底裡都有一種必勝的信念。即使是面對數倍於己的強敵進攻時，他們也沒有絲毫的畏懼，所有人均抱定“我不怕敵，敵必怕我”的決心，正是在這種特殊的榮譽感鼓舞下，第十軍的官兵才能夠在敵眾我寡的情況下依然獨自抵抗數萬日軍的猛攻。

　　在日本中國派遣軍的作戰序列中，第116師團是一支為數不多的野戰甲種師團(於1943年5月改編)，自組建之初就在中國戰場一路南征北戰，戰鬥力頗為強悍，因此這支部隊也被作為第11軍的尖刀力量所使用。而68師團雖然在編制以及戰鬥力上略遜於116師團，但是其下轄的步兵第57、58旅團均是在戰前經過2個月的城市攻堅強化訓練。而且在日軍看來，固守衡陽的中國軍隊在炮兵火力、士兵訓練以及後勤補給上與日軍的差距是十分巨大的，所以從理論上來說以這兩支部隊的實力在三日內奪取衡陽應該問題不大。

　　可是此時的衡陽戰事已經進行了近10天，日軍竟然沒有取得絲毫的戰果，雖然中國軍隊在作戰中也付出了一定的傷亡，但是日軍所遭受的傷亡則更大，這樣的局面令岩永汪以及橫山勇等日軍高級將領感到難以理解。由於在第一次總攻擊期間遭到了前所未有的巨大傷亡，日軍許多一線部隊的建制都已經成了空架子，部分日軍士兵已經不願意再繼續進攻，因為他們很清楚在我軍這種特殊工事面前繼續衝擊的結果只能是增添屍體罷了。

　　此時作為日軍第116師團主力部隊的133聯隊經過第一次總攻擊後官兵傷亡慘重:

　　第一大隊:大隊長大須賀貢陣亡，中隊長及小隊長全滅。

　　第二大隊:大隊長東條公夫陣亡，中隊長僅存2名，小隊長全滅。

　　第三大隊:大隊長小野秀男陣亡，中隊長陣亡1名，小隊長全滅。

　　士兵陣亡1300余人，負傷800多人，傷亡人數已經佔整個聯隊總人數的50%以上。此時衡陽的作戰行動才剛剛開始，133聯隊的戰損就如此嚴重，這讓聯隊長黑瀨平一感到十分痛心。

　　而與其相鄰的68師團傷亡更加慘重，其師團長佐久間為人遭到炮擊重傷後，68師團的一線部隊只能根據戰前的既定目標各自為戰，相互之間缺少有力的側翼保護，致使許多陣地難以攻克。根據日軍的戰史記載，68師團各大隊下屬的步兵中隊戰至最後平均只剩下了不到20人，戰時日軍的一個步兵中隊滿編兵員應在180人左右，如今平均僅存不到20人，說明68師團一線攻擊部隊的戰損已經達到了驚人的90%，可以說在第一輪總攻中能夠活下來的士兵基本是九死一生。

　　而通常情況下，一支作戰部隊的戰損如果達到40%-50%左右時就已經基本喪失了戰鬥力，而日軍一線部隊的傷亡竟達到了如此嚴重的程度，由此也可以想象到我第十軍官兵抵抗強敵的頑強程度。戰至7月3日，攻城各部日軍已經損失了1.9萬人，因擔任主攻的68、116師團傷亡過於慘重根本無力再戰，所以岩永汪請求橫山勇下令停止攻擊，並且要求為一線攻堅聯隊緊急補充兵源。

　　橫山勇怎麽也想不到，一周之內自己手中的兩張王牌會在衡陽這個小地方被打的如此狼狽，不但優秀的老兵傷亡殆盡，就連68師團的師團長都差點在此丟了性命，他實在是百思不得其解。其實對於第十軍來說，橫山勇也算是他們的老對手了，只不過此前橫山勇的第11軍從來沒在方先覺手裡佔到過什麽便宜，血戰長沙第十軍穩如泰山，救援常德第十軍不懼傷亡擊潰日軍主力師團的阻擊部隊。

　　而此次第十軍是孤軍守孤城，橫山勇以為用兩個主力師團加上陸軍航空兵的配合，完全可以在三日內佔領衡陽，可現在的問題是如果不趕緊為68、116師團緊急補充兵源，還沒等他實現以衡陽為基點在外圍殲滅救援衡陽的國軍主力時，這兩個日軍精銳師團就先被第十軍給拚光了。

　　此時的橫山勇也顧不上同僚的恥笑了，只能下令停止對衡陽的總攻，同時要求軍直屬的工兵聯隊緊急搶修嶽陽至衡陽間被損毀的鐵路公路。在修複路上交通線以後，橫山勇命令日軍輜重聯隊一次性向衡陽前線運送了75噸的戰備物資，並且要求此後必須保證攻城部隊每日能得到30噸的彈藥給養。而相比之下駐守衡陽的第十軍所能得到的物資僅有一些空投的火柴、牙刷、毛巾等日用品，至於眼下最緊缺的醫療品與彈藥直到日軍第二次總攻開始前才得到過少量補充。

　　7月6日，位於衡陽城內的一處第十軍野戰醫院被日軍轟炸機投下的數枚航彈直接命中，致使700百多名傷員被炸的血肉橫飛，為此方先覺命令將其余的傷兵進行分散安置，而此時衡陽城內已經沒有完整的建築物可以依靠，所以這些傷兵只能躲藏在各處殘垣斷壁之下。與此同時，深知作為戰區司令長官的薛嶽已經沒有精力對衡陽守軍進行解圍，所以方先覺將全部希望寄托在了重慶方面上，為此方先覺將部隊連日來在戰鬥中所遭受的損失與敵我形勢向重慶作出了詳細的匯報，等待半日後，重慶方面隻回復了4個字:“固守待援。”

　　據日軍戰史記載，作為補充兵力的日軍第34師團其實早在衡陽第一次總攻擊的後期就已經派遣一部分兵力抵達衡陽，這部分日軍卻並沒有以34師團的名義參戰，而是被當作補充力量臨時配屬給傷亡巨大的68、116師團，不過根據日軍參戰官兵的回憶，第34師團先期抵達戰場的2000余人在後來參加的楓樹山高地戰鬥中幾乎全部戰死。

　　此時在外圍執行解圍任務的中國軍隊，則利用日軍停火的間隙快速向衡陽推進。根據軍委會的命令:

　　一、第30集團軍總司令王陵基指揮第72、58軍迅速向衡陽東北方向前進，以突破日軍第3、27、37師團阻擊部隊之左翼。

　　二、第27集團軍總司令楊森指揮第20、44軍配合第30集團軍，從正面攻擊日軍第3師團的阻擊陣地。

　　三、第27集團軍副司令歐震指揮第37、暫編第2軍堅守於衡山、淥口等地，阻敵南下。

　　四、第24集團軍總司令王耀武指揮第73、79、99、100軍向位於衡陽西北的日軍阻擊陣地發起進攻。

　　五、第27集團軍副司令李玉堂指揮第46軍對位於衡陽南部耒陽地區的日軍第13師團發起進攻。

　　六、第62軍作為軍委會直屬的機動力量，前進至衡陽西南地區伺機作戰。

　　關於衡陽保衛戰期間，外圍援軍遲遲不至的猜測有很多，普遍的觀點均認為是援軍作戰不力、無心救援，其實通過研究這段歷史我們會發現，真實的情況是各路援軍在作戰初期都曾拚死向衡陽方向進攻。只不過橫山勇將手中10個師團分為兩部分使用，除了以68、116師團用於圍點以外，其余8個師團在會戰前期全部用於打援，圍點是真打，打援也是真打，無論哪個方向橫山勇都希望能夠盡快取得戰果。由於日軍早已秘密破解了中國統帥部與第九戰區間的通訊密碼，因此橫山勇可以從容的調動部隊佔據有利態度，等候各路中國解圍軍的到來。

　　7月4日，增援衡陽的第58軍開始猛攻日軍騎兵第3聯隊駐守的醴陵城，戰至7日我軍成功收復醴陵城，此時敵騎兵第3聯隊已經傷亡殆盡，其聯隊副官、各中隊長及小隊長已經全部戰死，為此第3師團長山本三男要求騎兵第3聯隊剩余官兵務必堅守最後陣地，並急令輜重兵第3聯隊火速馳援醴陵，與此同時日軍第27師團主力也開始向58軍防線的側後方向快速迂回。

　　作為滇系出身的58軍雖然在武器裝備上與日軍第3、27師團相距甚遠，但是這支部隊的官兵軍紀嚴明、戰鬥經驗十分豐富，在軍長魯道源的率領下58軍全體將士不畏犧牲與日軍增援部隊爆發了慘烈的戰鬥。根據日軍記載:經過數日激戰，敵58軍傷亡慘重，其下屬之新11師、新10師、新183師合計僅存官兵4400余人。

　　而另一支增援部隊62軍也與日軍第40師團在衡陽西南雲母山一線陷入鏖戰，在時任集團軍副總司令李玉堂的嚴令下，62軍官兵向敵軍陣地發起了猛烈攻勢。駐守各處防線的日軍士兵戰至最後由於彈藥耗盡，只能從高處向下不停的扔石頭以阻擋中國士兵的衝鋒，此戰第40師團下屬之步兵第234聯隊為了阻擋中國援軍的前進幾乎全軍覆沒。

　　與此同時，第79軍已經抵達衡陽南部的掩坡橋一帶，第100軍進至衡陽北部的永豐村一帶以牽製日軍主力對衡陽的進犯。第73軍則位於寧鄉、益陽地區襲擾日軍後方，為此橫山勇不得不命令剛剛抵達戰區的第64師團抽出一部分兵力予以監視，這些足以證明當年衡陽城外圍的中國援軍確實付出了極大的代價。

　　其實在湖南戰役開始之前，作為中國派遣軍總司令的畑俊六曾憂心忡忡的告誡過橫山勇，希望他能以優勢兵力速戰速決，因為此時日軍統帥部最擔憂兩支中國援軍對日軍形成夾擊之勢:一支是正在對滇西日軍發起反攻的20萬中國遠征軍，另一支就是由第六戰區司令長官胡宗南指揮監視陝北八路軍的30萬國軍。

　　一旦這兩支中國主力部隊同時回援，加上原本就在湖南地區執行防禦的第九戰區部隊，那麽日軍此戰則必敗無疑，因此日軍情報部門在戰前對於中國遠征軍是否會回援國內的消息十分關注。當湖南的戰鬥打響後，令日軍高層感到恐慌的消息果然來了，作為中國戰區最高長官的蔣介石親自下令遠征軍部隊放棄對滇西的反攻作戰，準備即刻增援湖南的第九戰區主力部隊作戰。

　　日軍指揮官的心裡很清楚，此時已經完成半美械化整編的20萬中國遠征軍已經與1937年的中國軍隊不可同日而語，即便沒有第六戰區的30萬國軍從西北方向進行夾擊，日軍也沒有把握能夠擊潰這支中國最精銳的主力部隊。

　　不過幾天后，讓日軍情報部門興奮的消息傳來了，中國遠征軍在盟軍的壓力下決定放棄回援國內戰場，依然按照原計劃對防守滇西的日軍發起攻勢。原來在得知蔣介石準備調用遠征軍回國作戰時，英國首相丘吉爾氣的大發雷霆，並且向美國總統羅斯福指責中國方面不遵守盟軍戰時的共同防衛義務。而美國方面雖然深知此時中國大陸戰場的局勢確實非常危急，但是迫於英國的壓力只能要求蔣介石命令遠征軍必須按照原定計劃對駐守滇緬的日軍發起進攻，並且警告如果中國方面拒不履行共同防衛義務，那麽美方將中止對中國60個師的美械援助計劃。

　　此時裝備全美械的中國駐印軍新22、新38師已孤軍深入緬甸密支那作戰長達半年，並且已經將號稱“叢林虎”的日軍第18師團打的一路潰退，因此為了徹底殲滅在緬甸境內的日軍，位於滇緬邊境的中國遠征軍必須按時對滇西發起反攻，從東西兩側對日軍主力進行戰略合圍。在這種情況下，為了得到更多的美械裝備以在戰後對共產黨領導的武裝形成絕對優勢，蔣介石只能選擇讓步。而這也是為什麽第六戰區的30萬國軍對湖南方向始終未派出一兵一卒的原因，因為蔣的心裡十分清楚:雖然對日作戰是眼下的當務之急，但就長遠考慮，唯一能夠徹底顛覆他統治地位的並非是日本人，而是共軍。

　　當確認了遠征軍與第六戰區的中國部隊都沒有向湖南戰場調動的跡象後，橫山勇隨即開始向衡陽前線大舉增兵。7月8日，日軍獨立榴彈炮第4聯隊、獨立野戰炮第2聯隊抵達衡陽，位於南線作戰的日軍炮兵得到了15門75毫米山炮、10門81毫米迫擊炮、8門105毫米加農炮以及3門150毫米榴彈炮的增援。而最關鍵的是隸屬於關東軍的“中國派遣軍化學部”(日軍內部將毒氣部隊統稱為:野戰瓦斯部隊)也抵達了戰場，雖然在一戰後的《日內瓦共約》中嚴禁各國使用毒氣部隊，可是這種條款顯然已經不適用於此時的日本軍隊了。

　　根據第一次總攻擊失敗的經驗，日軍分析如果繼續使用第一次作戰時的肉彈戰術，像張家山這樣的高地工事還有很多，在短期內根本無法全部攻克，只能依靠大口徑加農炮進行抵近射擊，以求從根本上徹底摧毀我軍斷崖工事後的屯兵堡壘以及暗藏的機槍火力點。7月9日，位於長沙的橫山勇電令日軍116師團長岩永汪:“軍決定於7月11日再興攻擊，命令步兵第120聯隊繼續負責攻擊虎型巢一線，獨立炮兵第2、15聯隊及中國派遣軍化學部劃歸第116師團管轄，野戰炮兵第122聯隊配合步兵第133聯隊負責攻擊敵軍張家山一線。”

　　在接到橫山勇的電令後，岩永汪決定率領指揮部參謀人員前往張家山偵查第十軍縱深防線的部署情況，可是正當其行進至距離張家山不遠的公路附近時，突然遭到了中國空軍戰機的低空掃射，副官筧川中尉陣亡、師團參謀石田少佐負傷，航彈的碎片也擊傷了師團長岩永汪的面部，使他差點成為第二個佐久間為人。由於此時負責增援的第34師團部分兵力已經抵達衡陽南部，加上第11軍直屬的炮兵聯隊以及關東軍石崎大佐所指揮的野戰瓦斯3個大隊，日軍在衡陽前線的總兵力已經恢復至4萬余人，其中步兵共20個大隊，炮兵共12個大隊。

　　而駐守衡陽南部的預備第10師在經過日軍兩個主力師團的瘋狂攻擊後，作為一線部隊的29、30團損失也不小，葛先才不得不抽調28團的部分兵力接替30團繼續防禦。此時預備第10師的戰損已達到40%左右，不過由於我軍戰線的收縮以及第3師部分兵力在方先覺的命令下已經抽調給預10師，所以南線的戰局還相對比較穩固。

　　7月11日7時整，日軍開始對衡陽發起第二次總攻擊。為了能夠一舉拿下衡陽，岩永汪下令將步兵衝擊之前的炮火準備時間延長至45分鍾，對我守軍陣地開始反覆的犁地式轟擊，直到第十軍的陣地再也沒有槍聲時才開始派遣步兵進行衝鋒。炮擊結束後，經過補充的日軍第58旅團率先向五桂嶺、楓樹山一線發起攻勢，根據日軍戰史記載:“步兵第116大隊發起進攻後，遭遇對面重慶軍的頑強抵抗，雙方激戰至傍晚，攻擊部隊遭受重大傷亡，加之敵軍在作戰期間發動多次逆襲，因而未能確保陣地，突襲最終失敗。”

　　與此同時，負責進攻另外兩個高地的日軍步兵第65、115大隊也在當天的攻擊行動中遭到重創，當日軍步兵向高地上方突進時，部分此前從未暴露過位置的我軍機槍暗堡突然同時開火，日軍的進攻梯隊瞬間土崩瓦解，一線攻擊部隊傷亡慘重不得不退出戰鬥。據參戰的日軍士兵回憶:中國軍的隱蔽重機槍火力點猶如幽靈般存在，只要對面槍聲一響，己方就會有人中彈倒下，所有清楚這些幽靈機槍陣地位置的日軍士兵皆已戰死。

　　為了拔掉這些致命的機槍暗堡，日軍第58旅團命令獨立步兵第115大隊組織1個中隊的兵力，準備於當天夜裡向中國軍機槍陣地發起突襲。22時整，由山口林作中尉所指揮的日軍第12中隊集結完畢，這100多名日軍分為兩組，第一組由一支步兵小隊以及機槍小隊負責從正面佯攻，吸引中國軍機槍陣地暴露位置，另一組由中隊長山口親自率領，從側翼迂回發起攻擊。行動開始後，面對來自日軍陣地密集的彈雨射擊，第十軍的機槍陣地果然被日軍佯攻部隊吸引了全部的注意力，以猛烈的火力對日軍進行反擊。

　　此時，由山口率領的突擊隊已經悄悄出發，不過正當負責佯攻的日軍以全部火力為突擊隊爭取時間之際，位於山口中隊的方向突然響起了一連串的密集槍聲，隨後日軍佯攻部隊停止了射擊，整個戰場再一次陷入了沉寂。幾分鍾後，日軍第58旅團長太田貞昌接到報告:“突擊隊遭到有力之敵側擊，中隊長戰死，山口隊全滅。”至此，日軍第58旅團在7月11日的一整天行動中不僅沒有取得絲毫戰果，反而傷亡慘重。

　　由於東線68師團的攻勢僅支撐一日就被打垮，與其相鄰的116師團隻得從正面繼續強攻我軍虎型巢、張家山35高地一線陣地。因日軍在第一次總攻結束後，取得的唯一“戰果”就是由133聯隊付出巨大代價而佔領的張家山部分陣地，而與之相鄰的虎型巢高地以及張家山35高地則依然在中國軍隊的手中，因此先期攻佔張家山24、25高地內的133聯隊官兵處境並不安全，他們時常會遭到來自西北以及東北方向的狙擊與炮擊。

　　為了使133聯隊能夠在張家山站穩腳跟，師團長岩永汪命令步兵第120聯隊率先對虎型巢發起攻擊。壓力巨大的聯隊長和爾基隆在戰前要求聯隊的攻堅部隊向軍旗宣誓，希望負責突擊的第一大隊官兵能夠發揚進攻必勝的決心，爭取一鼓作氣奪佔敵軍陣地。領受任務的日軍官兵們清楚此戰關乎聯隊的榮辱，因此每個人的眉宇間都流露出一種即將赴死的悲壯神情。由於虎型巢高地的得失也事關自己的安危，所以133聯隊長黑瀨平一決定不計前嫌，命令聯隊所屬的機槍、步炮中隊在左翼和爾聯隊發起進攻時，為其提供側射火力支援。

　　7時30分，虎型巢高地的正式戰鬥打響，面對日軍的凶猛攻勢我守軍官兵利用機槍與手榴彈進行頑強阻擊。戰至8時，負責進攻虎型巢高地的日軍主攻部隊傷亡慘重，其第一大隊長杉浦修一在激戰中被我守軍擊斃，剩余日軍被迫只能在半山腰處采取守勢等待援軍。為了盡快解決西線的戰鬥，師團長岩永汪不得不改變橫山勇的作戰命令，將野戰炮兵第122聯隊主力調至虎型巢一線，並且派遣在後方待命的野戰補充隊準備加入戰鬥。8時30分，日軍展開第二波攻擊，密集的炮火將第十軍陣地籠罩在一片濃煙之中，在炮聲停止後日軍第二批突擊隊開始向我軍陣地發起攻擊，雙方隨即在錯綜複雜的交通壕內陷入了慘烈的肉搏戰。

　　面對日軍的第二次全力猛攻，堅守虎型巢陣地的第十軍官兵已經傷亡殆盡，率部頑抗的30團2營少校營長徐聲先在戰鬥中身先士卒，指揮陣地內殘余的官兵死戰不退，直至壯烈殉國。此時守軍的能戰兵力已所剩無幾，而且由於虎型巢陣地所處的位置較為孤立，是中國軍隊在南線陣地中唯一的突出部，極易遭到日軍的三面合圍。

　　因此在方先覺的命令下預10師於12日凌晨放棄了對虎型巢陣地準備發起的反攻，而日軍在付出了極大的代價後終於完全佔領了虎型巢高地，為133聯隊徹底解除了來自左翼的威脅。不過，120聯隊在經過兩次強攻虎型巢的戰鬥中幾乎損失了全部官佐，此後聯隊長和爾基隆不得不親自前往一線指揮作戰。根據擔架兵老田誠一的回憶:在通往虎型巢高地的路上日軍屍橫遍野，受傷未死的士兵也在不停的呻吟，還有許多人大聲呼喊著口渴，這種慘烈的場景令老田誠一感到頭都要炸了。

　　在120聯隊奪取虎型巢高地後，133聯隊也準備對我軍張家山的最後陣地發起攻擊，為了便於指揮此時聯隊長黑瀨平一已經將指揮所推進至張家山頂部的25高地。7月13日下午16時05分，日軍第一飛行團與第六戰隊的約40余架飛機開始對位於張家山東北的35高地進行輪番轟炸，與此同時師團直屬的山炮也開始對我軍工事進行猛烈射擊，密集的爆炸將張家山35高地籠罩一片煙霧之中。根據參戰的日軍士兵回憶，當空地協同炮火急襲結束後，對面中國軍陣地仿佛化作了黑暗的阿修羅地獄。

　　16時30分，在下令部隊突擊之前黑瀨向新到任的第三大隊長迫八郎詢問到是否有信心能夠快速奪取敵人陣地時，迫八郎自信滿滿的回答道:“反正就是突進！”說完，他便率領3個中隊的日軍向35高地發起進攻，不過對於初入衡陽戰場的迫八郎來說，他顯然是遠遠低估了堅守衡陽的第十軍。35高地相比24、25高地而言地勢更加險要，日軍本以為會在突擊道路上遭到守軍的猛烈反擊，可是在第三大隊快速向上衝擊時，對面陣地裡的第十軍官兵卻沒有向他們開火，這令身處張家山指揮所的黑瀨平一感到十分不解。

　　果然，正當日軍覺得35高地的中國軍隊或許已經撤退時，天空中突然響起了百炮齊鳴般的聲音，身處後方的日軍炮兵陣地遭到了來自我軍迫擊炮、山炮、榴彈炮部隊如雨點般的轟擊，位於張家山的日軍步炮指揮班遭到了毀滅性打擊，各處陣地上戰死者屍橫遍野負傷者淒慘哀嚎，宛如人間煉獄。與此同時，35高地內的各型輕重武器突然同時開火，對即將抵達山頂的日軍第三大隊步兵進行密集掃射。

　　面對守軍的突然反擊，指揮作戰的大隊長迫八郎雖然不停的鼓勵部下拚死力戰，但依然無法突破駐守35高地的第十軍陣地，身為劍道高手的迫八郎意識到如果第三大隊繼續被守軍壓製在半坡將有全軍覆沒的危險，因此他忽然脫去上衣高舉軍刀向所有人喊道:“聯隊成敗在此一舉，全體隨我向敵軍突擊！”可話音未落，一枚來自守軍的迫擊炮彈就在其身後爆炸，大隊長迫八郎當場陣亡。懷著為大隊長復仇的怒火，其余日軍在第9、10中隊長的率領下端起刺刀向35高地守軍外壕陣地衝殺上來，不過在第十軍手榴彈兵的殊死反擊下，負責指揮攻擊的第9、10中隊長也相繼戰死，幸存的日軍士兵隨即與守軍在戰壕內陷入慘烈的白刃戰。

　　隨著守軍投入反擊的兵力越來越多，臨時代理第10中隊作戰的佐藤中尉最終也被我軍擊斃，雙方激戰至中午12時，日軍的突襲最終遭到徹底失敗，此戰133聯隊負責主攻的第三大隊官兵全部戰死。於張家山指揮所督戰的聯隊長黑瀨平一得知第三大隊全滅的消息後心情極度低落，他不僅是為迫八郎的陣亡感到惋惜，更令他難以接受的是日軍這次攻擊行動是聯隊經過數日修整後組織的規模最大的一次強攻作戰，沒想到僅僅半日就遭到徹底失敗。此時，位於133聯隊左右兩翼的日軍正在向各自的既定目標進行著強攻，為了徹底動搖第十軍的整個防線，也為了向外界證明133聯隊依然是師團主力的地位，35高地將是黑瀨平一無論如何都要奪取的目標。

　　7月14日，133聯隊第一大隊在新任大隊長關根彰的率領下向張家山35高地再次發起攻擊，因遭到中國守軍的激烈抵抗，第一大隊戰至次日傍晚時依然沒能突破中國軍的核心陣地。由於經過連續兩天的激戰，此時第一大隊的官兵也已經傷亡殆盡，聯隊長黑瀨平一只能命令兵員不整的第二大隊前往增援。7月15日夜，在第二大隊長足立初男的率領下，日軍以2個中隊的兵力悄悄摸進至35高地外圍。

　　16日凌晨，完成匯合的兩股日軍在關根彰與足立初男的率領下對我軍陣地再度發起突然襲擊，企圖趁中國守軍疲勞之際一舉奪下張家山35高地。不過令日軍感到絕望的是，雖然經過了連續3天3夜的激戰，但此時的中國軍隊依然具有極其頑強的反擊能力，雙方戰至當天中午，日軍負責指揮作戰的兩名大隊長關根彰與足立初男均以相繼戰死，其一線部隊的6名中隊長，5人戰死1人重傷。

　　此時整個133聯隊已經損失了全部的步兵中隊，為此師團長岩永汪下令將218聯隊下屬的渡邊大隊臨時配屬給133聯隊以補充其戰鬥力。由於在這次總攻擊中日軍所使用常規的作戰方式已經遭到了連續失敗，所以經過短暫修整後，橫山勇終於派出了他的殺手鐧——毒氣部隊。根據我軍幸存士兵回憶，日軍毒氣部隊的加入對整個戰場形勢造成了極大的影響，因為我軍許多一線陣地的士兵並沒有配備足夠的防毒設備，所以第十軍官兵只能利用濕毛巾捂住嘴，繼續在毒氣彌漫的戰場中與日軍進行殊死戰鬥， 正是在這種情況下我軍許多連隊遭到了重大傷亡，導致部分陣地被日軍所突破。由於戰局惡化，預10師師長葛先才在接到前方部分陣地失守的報告後，馬上率領師直屬特務連緊急奔往前線。

　　7月中旬的衡陽十分炎熱，在奔跑的途中葛先才顧不上軍官的儀態，脫掉了外套後擼起袖子一邊擦汗一邊狂奔。而這一幕被後方士兵看到了以後開始一個傳一個，當傳到一線士兵的耳朵裡時變成了師長葛先才已經在前線帶著士兵打赤膊衝鋒了！預10師的其他官兵聽到這個消息後心想這還得了?！師長都開始打赤膊衝鋒了，那我們還能要命嗎?跟日本人拚了！

　　就是在這種精神的鼓舞下，各處陣地的守軍士兵開始對日軍進行瘋狂反擊，在手榴彈與大刀的猛烈攻擊下一鼓作氣將剛剛佔領陣地的日軍全部殲滅。方先覺最開始聽到這個消息的時候也嚇了一跳，他是了解葛先才這個老下屬的，在戰場打赤膊這種事他真能乾出來，只不過目前第十軍正在經歷生死存在之際，作為師長的葛先才如果真出了事，那麽對第十軍尤其是預備第10師後續的防禦作戰將產生極其不利的影響，所以方先覺也為他捏了一把汗。

　　慶幸的是，此戰葛先才並沒有負傷，不僅如此他還因為此戰指揮得力忠勇可嘉，獲得了軍委會頒發的一枚青天白日勳章，當天連同嘉獎令一起由空軍空投至衡陽城區，以鼓舞第十軍士氣，葛先才也因此成為衡陽保衛戰期間第一個被授予青天白日勳章的國軍將領。