原本负责防守衡阳城南面的第一百九十师和第三师的第七团扩大了防御宽度，接替了衡阳城西南的第一线阵地，第三师的主力部队则部署在纵深天马山、岳屏山、接龙山、五桂岭高地一线。
在日军第十一军中路的两个师团和华夏政府第十军在衡阳城外围战斗的时候，华夏政府第三十集团军曾经对日军第十一军的进攻部队实施过反击，并一度收复了醴陵和萍乡，但日军第三师团和日军第十三师团的进攻部队随后便连续攻占了耒阳、攸县，并重新占领了醴陵，这导致了衡阳更加的孤立了。
一九四四年七月十一日，日军第十一军的各路进攻部队在得到炮兵的加强和弹药补给后，便开始发动了第二轮总攻，日军第六十八师团的新任师团长堤三树男中将也是来到部队上任。
日军第十一军负责衡阳城攻击的日军第六十八师团和日军第一百一十六师团进攻的重点仍然在衡阳城的西南郊，日军第一百一十六师团师团长岩永汪中将以一个步兵联队、两个野炮兵联队和空军第四十四战队向预备第十师驻守的虎形山阵地发起猛攻。
激战到第二天上午的九点，预备第十师在日军第一百一十六师团的进攻下伤亡惨重，防御阵地也被日军第一百一十六师团的进攻部队突破。
于是，为了夺回虎形山的防御阵地，第三师组织了一个营的兵力向日军第一百一十六师团的进攻部队发起了反击，随后，双方在虎形山的阵地上展开白刃战，经过激战，第三师组织的这一个营的反击部队营长牺牲，全营官兵伤亡了四分之三，但是，第三师组织的反击还是没又能够夺回虎形山的防御阵地，预备第十师的残部只能退守西禅寺。
战至七月十五日，预备第十师和第一百九十师防守的第一线阵地也已经多处被日军第十一军的进攻部队突破，在第二线的第三师这期间也是组织了多次的反击作战，成功的又收复了一些要点。
衡阳的战斗打到这个时候，日军进攻部队和华夏政府第十军的阵地已经是犬牙交错了，华夏政府第十军的官兵们和日军第十一军的进攻部队在这种近距离的战斗中打得也是极其惨烈。
为了增加部队的防御纵深，华夏政府第十军的方军长命令第一百九十师在衡阳城的西南面构筑第三道防线。
七月十六日，第一百九十师放弃了第一线的剩余防御阵地，全部撤往了刚刚构筑的第二道防线，这样才让日军第十一军的进攻部队得以前进到衡阳城的西门附近。
七月十七日，日军第十一军的进攻部队在衡阳城西南方向的进攻仍然是进展缓慢，并且，日军第十一军进攻部队的攻击力量再次的枯竭了下去。
而与此同时，华夏政府第十军的部队因为缩小了防御面的宽度，却仍然可以保持之前的防御密度，所以各防御阵地上的阻击火力并没有怎么减弱。