取边抵抗边后撤的战法，撤至浏阳附近山区待机。至6月14日，日军相继攻占沅江、益阳、浏阳。6月16日，日军第34、第58师团、第68师团一部攻击长沙城区。第4军坚守至6月18日下午，伤亡殆尽，长沙城失陷，第四次长沙会战结束。第九战区为阻敌深入，发起衡阳保卫战，从6月20日起向日军发起反击，至6月27日，将日军左、右路分别阻滞于醴陵、湘乡；对日军中路在渌口、衡山间虽给以打击，但未能阻止其南进。6月24日，日军第68、第116师团开始攻击衡阳城郊区之机场，到6月26日时因守军伤亡过重后撤至衡阳城，日军在6月2