日军发起“一号作战”后，中国军队节节挫败，国内外舆论对此群加指责。作为中国战区最高统帅，蒋介石对来自英美盟国的讥评倍感压力。1944年7月中旬，美国总统罗斯福致电蒋介石，认为豫湘战事颇降低中国信誉，拟令中国战区参谋长史迪威直接指挥中国全部军队(包括中共军队)作战。蒋介石对此深感耻辱和刺激，在整军会议上“声色俱厉，数数击案如山响”，痛心疾首地说：“自从这次中原会战与长沙会战失败以来，我们国家的地位、军队的荣誉，尤其是我们一班高级军官的荣誉，可以说扫地以尽。外国人已经不把我们军队当做一个军队，不把我们军人当做一个军人!这种精神上的耻辱，较之于日寇占我们的国土，以武力来打击我们、凌辱我们，还要难受!”他慨叹，“1944年对中国来说是在长期战争中最坏的一年”，自称“从事革命以来，从来没有受过现在这样的耻辱”，“我今年58岁了，自省我平生所受的耻辱，以今年为最大”。
此时，日本政坛发生突变。由于日军在太平洋上、衡阳城下的失利，加剧了日本国内反对势力的倒阁风潮，失去天皇信任的首相东条英机于7月18日递交辞呈，小矶国昭新内阁上台。
日本人希望在衡阳城挽回颓势，蒋介石希望在衡阳城重振士气，这场血战，注定将更为惨烈。
第28天：烧掉劝降传单
7月20日，第28天。第十军军部，电台报务员卢庆贻的耳朵里，已经开始产生幻听。
卢庆贻说：“我现在耳朵不好，就是由于那个时候太用心听，那个声音只有蚊子声大。”
日军开始采用心理战术，用飞机向衡阳城内外撒“归来证”和劝降传单。传单上这么说：“能征善战的第十军诸将士，任务已经达成，这是湖南人固有的顽强性格!可惜你们命运不好，援军不能前进，诸君命在旦夕!但能加入和平军，绝不以敌对行为对待!”
第十军官兵把“归来证”和劝降传单都烧了，誓与衡阳共存亡。
“衡阳保卫战啊，第一点就是士气。”时为第五军四十八师战车防卫炮营四连连长、调到衡阳支援的杨光荣说，“第二点，我在第十军里头，始终没气馁，我始终认为有希望解围，我们一定要坚守，等着周围兄弟部队来解围。那么多的部队呢，是吧?”
快一个月了，衡阳守军早就完成守城任务，援军还没有来。
衡阳城外围，枪声时隐时现，第十军辎重团二营营长陆敬业仔细辨听。
陆敬业之子陆启东说：“我父亲讲，敌人的枪声和援军的枪声很容易分辨，因为日本人用的是三八式步枪，他是一枪两响。中国军队用的是中正式步枪，或者“汉阳造”，枪声从远而近的时候，听得出来。”
杨光荣回忆：“听着听着，机关枪响了，以为是友军来了，快解围了。”当时有人说，见到一连援军进城了，他们头戴钢盔，肩扛机枪，斗志旺盛。不过，大家没高兴多久，就听到了一个经查实的消息：是炮兵连没有炮弹了，补充进前线。大家顿时心凉了半截。军部有人随口唱起了京剧《杨家将》唱词：“不提那援军则还罢了，提起那援军令人失望。”
当然，也有好消息：此时，经过报纸宣传，第十军官兵已成为国人心中的英雄。
第十军军长方先觉之子方略说：“那个时候，我看到桂林的商店橱窗里面都放着我父亲的相片啊，大家都说方先觉是民族英雄。”
其时，少年方略很难理解，身为民族英雄的父亲，为什么没有人去救他。
其时，第十军伤亡已超过八成，弹药几乎耗尽，阵地后方池塘里的鱼虾和浮萍早已被饥饿的士兵们吃光了，有人冒死进入敌人射程内去摘南瓜，很快中弹。
时为第十军预备第十师二十九团参谋的彭忠志回忆：“那时根本没法讲卫生，有什么吃什么，吃生的，没得办法，不知道怎么过，但精神上还坚持着，不想死，就是这个心理，好像第十军没打过败仗一样的，自己打赢了。”
7月22日，国民政府军事委员会电令第九战区集中湘江以西部队向进攻衡阳的日军攻击，可惜被日军情报人员破译，日军作出相应部署。国军第六十二军一度突进至衡阳火车西站，但在日军第四十师团的反击下，伤亡甚大，且弹药告罄，被迫撤退。第七十九军、第七十四军主力及第一○○军的第三一九师也被阻止于日军第四十师团的堵截线之外。
据《蒋介石的陪都岁月》一书记载，7月27日，蒋介石给方先觉写亲笔信：“守城官兵艰苦与牺牲情形，余已深知，余对督促增援部队之急进，比弟在城中望援之心更为迫切。余必为弟及全体官兵负责，全力增援与接济，勿念。”此信复制数百份用飞机在衡阳上空投下。城内守军的弹药、粮食和医药用品也都靠空投接济，即便在暴雨天，蒋介石也让空军派了飞行技术高超的飞行员驾机冒险空投。
7月28日，早已皈依基督教的蒋介石为第十军官兵祷告：“愿主赐我衡阳战事顺利，当在南岳峰顶建立大铁十字架一座，以酬主恩也。”
7月31日，蒋介石在日记中写道：“衡阳保卫战已一月有余，第十军官兵死伤过十分之八，而衡阳城屹立不撼。此次衡阳之得失，其有关于国家之存亡，民族之荣辱至大。”
8月1日，方先觉致电蒋介石说，“一定死守”，“一死为国”。
第41天：援军撤退了
8月2日，第41天。卢庆贻接到两封给军长方先觉的电报：一封是蒋介石发来的，上面说“援军不日可达城郊”;另一封来自方先觉的弟弟方先守，内容是“黄涛、王甲本两军(即第六十二军、第七十九军)，确已奉令解围衡阳，现在正破敌阻滞向衡阳靠近，兄可做好里应外合之准备”。
这天，空军飞机再次向衡阳守军空投蒋介石手令，告知“各路增援部队今晨已如期到达二塘、贾里坡、陆家岭、七里山预定之线，余必令空军掩护，严督猛进”。
第十军官兵望眼欲穿的援军终于来了。
陆启东说，第十军此时仅剩的一个整建制的营——特务营营长曹华亭，被紧急召进军部。“这是一员猛将，他奉命率领一支150人的突击队冲出城，到城外的五里亭，就是离城五里的地方接应援军。”
突击队杀出重围，到了五里亭，却没有等到援军。“援军第六十二军已经撤退了。”陆启东说。
时为第十军预备第十师二十九团迫击炮连连长的彭忠荣回忆：“第六十二军不能反攻，自己撤了。”
据《中国抗日战争正面战场作战记》一书记载：8月2日，第六十二军及第一○○军确已到达三塘、两母山地区，第七十四军到达佘田桥、新桥，第七十九军到达望城坳附近，与日军第四十师团激战。第六十二军在进攻二塘、两母山时与日军第二三四联队进行了白刃战，予该联队以歼灭性打击。“但由于第六十二军等在战斗中伤亡亦众，始终未能歼灭依托工事坚守阵地的日军残部，被阻于日军堵截线之外，未能与衡阳守军会合。在此期间的外围各兵团，除第二十四集团军遵照军事委员会的命令积极向湘江以西进攻衡阳的日军进攻外，湘江以东的第九战区各军没有进行积极有力的进攻。”