第二次总攻。7月13日，中国守军击毙日军120联队联队长和尔大佐，经过连续9昼夜的血战，日军68、116师团以伤亡8000人、阵亡联队长1名、大队长6名、几乎所有的中队长的代价，只攻占了衡阳防线的一线阵地，日军的第二次总攻又遭惨败。中国守军在与日军的作战中也伤亡4000余人，失守的阵地都打到最后一人。在日军着手准备第三次总攻期间，城内外大小战斗并未停止，军委会在7月12日严令79军、62军火速增援衡阳，20日己打到衡阳郊外，不料日军正好在此时停止对衡阳的总攻，转而全力阻击并反击中国援军，79军、62军被迫后撤。由于袁志文的部队来的迅速，日军并没能及时反应过来，袁志文部一举突破了日军的阻击，向着衡阳扑去。日军在击退了79军与62军后，立即调集了数万大军准备围歼袁志文部，形势极为险恶。岳屏山脚，有一道近乎垂直的绝壁。绝壁高约6米，长30余米，似刀削过一般。绝壁下，翠竹扶疏，这道绝壁是衡阳岳屏山大型工事的一部分，该工事由第10军工兵营长陆伯皋精心设计，他命令士兵将山体削成绝壁，绝壁下方挖了一条又深又宽的壕沟，上面设有掩体，可以投掷手榴弹。绝壁和外壕前面再架设鹿砦（用伐倒树木构成，形似鹿角的筑城障碍物）。两侧暗堡内，轻重机枪搭配，编织成火力网。这种壕沟让日军伤亡惨重，胆战心寒，他们以守城第10军军长方先觉的名字，称其为“方先觉壕！”
闷热的战场上没有一丝风，骄阳蒸腾，简直是个地狱。下午14时，日军步兵炮一起向岳屏山开火，第2中队逼近敌阵，黑川队长手提战刀冲在前面，突然2颗手榴弹爆炸，黑川中队长壮烈战死。眼看就要成功，却被一两名中国守军手榴弹兵阻挡住了。直接协助的日军炮兵大队已经消耗了计划2倍以上的炮弹，已经所剩无几了。整个岳屏山已是一片血海，到处散发着尸体的恶臭，这地狱一般的场景给日军的士兵也造成了终生难忘的记忆。“7月28日，晴，皇军第1大队夜袭岳屏山，不久无线电发生故障，没有了消息。23时传来激烈的交火声和手榴弹的爆炸声，黑濑联队长命令第2大队上去支援。夜已深沉，更觉不安，凌晨1时，第1，2大队夺取山顶。重庆军冲出来反扑，在夜间挤在又深又窄的交通壕里的皇军军第1大队大队长和官兵几全部战死，第2大队大队长也负伤了。重庆军以手榴弹袭击使日本军不得不放弃了山顶。在这次战斗中，大须贺大尉，山下芳信少尉，鹫野升少尉等战死，足立大尉，石松三男少尉，高山成雄少尉等负伤……”节选自《东平日记》。不得不说，方先觉是一个守城的行家，他让人将岳屏山掏空，将整个山体修成了一座工事，日军在张家山前损失惨重，尸体摞了一层又一层，打到最后，日军直接踩在尸体上向山上爬，战斗之惨烈到了无以复加的地步，前线的日军再一次消耗光了炮弹与大部分的子弹，就在这时，中国军队的援兵正在靠近，于是日军决定先暂停攻城，将主要的精力用来进攻中国军队的援兵。此时的日军除留下第68、116师团兵力牵制衡阳守军外，将主要部队都调了过来，共记有第3、27、34四个师团，想要先吃掉袁志文部，再掉过头去拿下衡下，袁志文部只有一万人，而日军在前面进攻的有六万多，而且后面还有58、13两个日军师团正在抄袁志文的后路，此时袁志文部的处境极为险恶。面对险恶的局面，袁志文决定排除万难，与日军血战到底。他充分利用了自己部队武器装备上的优势，先用大炮猛轰攻击的日军，日军没有想到中国军队竟然有105毫米口径的榴弹炮，猝不及防之下，被成片成片的炸死。袁志文利用炮火打乱了日军的队形后，立即抓住时机，出动了战车营，数十辆战车呼啸而出，不断追逐碾压着日军。战车营如一柄利刃，直接将日军进攻的阵型切开了一条口子，新五十师的战士如猛虎下山，沿着这条口子向着衡阳城不断杀去。日军不由大吃一惊，他们没有想到，新出现的这支中国军队竟然有这么强的战斗力，根据种种迹象判断，这支中国军队似乎是全部美械装备，难道是在缅甸的中国驻印军回来了？中国驻印军的战斗力日军是知道的，绝对在日军的战斗力之上，日军开始集中全力，四个师团齐齐向新五十师压了过来。日军的四个师团刚刚经过了补充，加起来近十万人，而袁志文的部队只有一万人，虽然战斗力强大，但是好虎架不住群狼，在向前突击了一段距离后，终于再也攻不动了，日军将口子再一次补上，这一次，日军下了决心，想要先歼灭新50师，然后再进攻衡阳。袁志文见无法冲破日军的阻碍，而且有被日军合围的危险，只好先行突围，在日军合围没有合口之前成攻的杀了出去，清点了一下人数，袁志文发现，经过这一战，自己的部队减员了五百多人，不过他们杀伤的日军，应该是自己伤亡人数的两倍以上。袁志文孤掌难鸣，只好等待79军与62军前来增援，与此同时，委员下见衡阳形势危急，再次下令74、46军增援，委员长也是红了眼睛，从各处抽调所有可用之后增援衡阳，然而，临阵增兵的添油战术却又犯了兵家大忌，除了增加一些伤亡外，并没有什么实际的作用。袁志文不断的组织了一次又一次的进攻，可惜他的力量有限，实在无法打破日军十几万人的包围圈，直到79军与62军陆续到来，三军同时发力，才有了一丝希望。可惜，这一切来得太晚了一些。