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个步兵大队，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！”
“这些都是中央军的精锐，一个军面临的敌人，可能只是日军的一个步兵联队，甚至是两个步兵大队，就这样的情况还打不开通道，是我犯傻了，居然还想保住衡州，传我的命令，今天下午四点钟开始撤退。”
韩霖听到军令部给他的通报，三路援军居然遭到日军的阻击，声称无法按时支援衡州，立刻就下令自己的部队撤退。
“韩主任，目前我们正在激战状态，双方的部队交错在一起，我们现在撤退，日军一定会进行追击，是不是等到晚上再撤退，这样部队会安全一些？”方子珊问道。
“晚上我们就撤不掉了，不要小看日军的进攻速度，等到五个师团的部队包抄过来，我们三个师根本顶不住，关键是没有援军，弹药物资得不到补充，一旦被切断向东撤退的道路，不但我们要困死在衡州城，就连围歼日军第三师团的计划也会就此破灭。”
“第三师团在攸县，面对着三个军和一个师的包围，这时候弹药也基本消耗一空，我们参加围攻的部队数量多，轮番进行袭击，他们正是最为疲惫的状态！衡州之战我们输了，可虽败犹荣，衡州已经没有死守的必要了，接下来我们如果能围歼日军的一个甲种师团，就是大获全胜！”韩霖说道。
当天下午，第十军余部和第四游击师，率先从湘江渡江抵达东岸，然后摆开阵势，接应最后撤离的机动部队。机动部队按照撤退路线，各部之间交替撤退，绝不给敌人留下闪击的机会。
渡过耒水的榴弹炮营，为了解除第三游击师的激战，在汽车的牵引下，抵达第三游击师的背后，对着第二十七师团和第三十四师团，发动了猛烈的炮击，随后第三游击师撤出阵地，不慌不忙的原路撤回了泉溪镇，
“你这次使用的战术很完美，先把日军攻城的主力打残了，日军的调动集结需要时间，如果周围的部队能够按时抵达，靠着美械师的火力进行压制，陆军航空兵给予支援，衡州不可能失陷，还有可能创造一次胜利！”
“怪就怪山城政府的军队怯敌畏战，遇到小股敌人的阻击，就畏缩不前，军委会的军令得不到贯彻执行，白白浪费了这次机会！可惜，这不是我在指挥，否则哪有这样的结果？”史迪威叹道。
他眼瞅韩霖的部队与日军血拼，日军所有能够调动的主力，都被吸引到衡州附近，前来增援的第七十九军三个师，第一百军两个师，第六十二军两个师，如果能够按时抵达衡州，绝对是另一番场景。
“将军，他们这些部队也都是和日军拼杀到现在，参加了潭州作战，自身的损失也不小，山城政府的后勤保障体系不达标，兵员补充和弹药物资补充都无法满足作战需求，到了这一步，我们还是把目光盯住日军第三师团吧！”
“这可是一个日军建军以来的老牌师团，如果能把第三师团吃掉，对日军是极为重大的损失，对军心士气的影响更是无法估计。打完这一仗，后续日军必然采取守势，以后等到第十一军的主力进入桂省，我们再找时机打回来，切断敌人的后勤运输线，逼着他们自己撤离。”韩霖说道。
总共手里就这么点部队，不管是美国人还是山城政府，都不会允许美械师离开机场驻地范围，接下来日军进攻桂省的战役，韩霖知道自己没办法参与了。
如果能够围歼日军第三师团，导致日军的实力大大减弱，对以后收复衡州和潭州，将起到至关重要的作用。衡州是在他手里失去的，他必须要夺回来。