正是因為得到了畑俊六的大力支持，橫山勇計劃內預備用以攻擊衡陽的第68師團及第116師團，在長沙尚在激戰之際即渡過瀏陽河南下。
張小虎棄守長沙時，日軍的這兩個師團就已進至株洲及其以東的清江鋪地區，爾后準備沿湘江兩岸向南快速推進，直趨衡陽，國軍90師陳侃部擊斃日軍中將師團長佐久間為人，也正是因為68師團的主力已然南下，而他過于托大，只帶了不到一個旅團的兵力，才讓這個原本要背負死罪的家伙，反而立下了一大奇功。日軍68師團沒了師團長，橫山勇一面請求身在武漢的畑俊六派出接任者，一面命令讓116師團師團長巖永汪暫時負責指揮這兩個師團。
沒有直接參與攻擊長沙的東路日軍第3師團及第13師團，在占領瀏陽后，又馬不停蹄地繼續向醴陵和江西萍鄉攻擊，并伺機向攸縣、安仁、耒陽（耒縣）推進攻擊。
三路日軍中，惟有西路日軍第40師團被孫玉民部重創，死守在湘鄉城內，不得不停滯下來。
長沙失守后，老蔣雖然震怒，可也沒有急著去追究責任，他還得靠著這幫被他罵為“飯桶”的家伙，去保衛衡陽，阻擊日寇繼續深入。他親自給第九戰區下達了作戰命令，并且給據守衡陽的方先覺發來私電：此次衡陽之得失，實為國家存亡所關，決非普通之成敗可比。希弟安心死守，余必督促陸空軍助弟完成空前大業！
老蔣的話雖然說得好聽，可是實際上，衡陽保衛戰開始之后，他費盡心思組織的兩次救援，卻都最終無功而返，以致于絕望之余的方先覺，給蔣介石、薛岳等分別發出告急電：“衡陽危在旦夕，個人事小，國家事大，救兵如救火，無論如何請派一團兵力，沖進城來，我們自有辦法。”
然而，任憑方先覺是如何地企求，始終都沒有一連一排的兵力沖進來，終于在確實無力堅守衡陽城，被迫選擇投降這條路時，對著所部幾個師長嘆道：“不是我們對不起中華民國，而是中華民國對不起我們，不是我們不要中華民國，而是中華民國不要我們。”
當然，這是后話，此處暫且不表。
橫山通過各種情報，再根據前三次長沙會戰時，中國軍隊的集結、調動和戰術等等各方面的信息，基本上判斷出薛岳集中兵力分由東、西兩面實施夾擊的戰役企圖。
既然知道了中國軍隊的意圖，橫山勇這只老狐貍怎么會不作出針對性的部署，他命令東、西兩路日軍集結兵力，加強對醴陵、寧鄉方面的作戰，以掩護中路日軍進攻衡陽。
東路日軍第13師團在師團長赤鹿理的指揮下，率先占領了醴陵，然后65聯隊繼續南下，其部主力折而向東進攻，在劉公廟附近重創奉薛岳命令意圖夾擊日軍的國軍丁治磐部第26軍，并迫使魯道源部第58軍和傅翼部第72軍向東撤退，并且一路勢如破竹般地攻擊前進，江西萍鄉也被赤鹿理強勢占領。和90師師長陳侃的好運比起來，魯道源真是霉到家了，他部58軍在向東撤退的過程中，遭遇了山本山男的日軍第3師團主力，在萍鄉以北地區被日軍切斷成了幾塊，一番血戰后，58軍受到重創，魯道源只得再次率部后撤，再也無力執行薛岳夾擊日軍的命令。
也就是說薛岳和老蔣意圖由第十軍和十二軍堅守衡陽，然后各部從周邊夾擊、中心開花的戰術，此時實際上已經是宣告破產。