李振華在全軍中抽調出500名精乾力量，組建了鐵道武工隊，分成了5個大隊，這些人中骨乾人員大多是特戰隊員，武工隊由李振興總體負責。武工隊除了要解救勞工，從鐵路上搞物資也是他們的任務之一。以前王思源、李振興他們也吃過兩條線，隻是規模沒有現在這麼大。李振華還把潛伏在沿線城鎮內的地下黨力量也動員了起來，收集濱洲鐵路沿線方麵的情報。
很快各地陸續有情報傳來，其中鶴城齊齊哈爾）的內線發現有一趟西行的列車非常可疑。列車在鶴城裝了水泥、鋼材，彈藥、糧食等物資，另外又有從關內過來的12節悶罐車也掛上了列車，那12節悶罐車在鶴城編組站停了一天，內線經過這些悶罐車上聽到了裡麵有人說話。於是向地下黨組織作了彙報，情報很快傳到了遼西軍區。
李振華下令對這趟列車采取行動，列車上的物資及人員都是遼西軍區所需的。鐵道武工隊以土匪的名義行動，以精銳登上了並控製了該趟列車，到達紮南屯以東預定點後，列車停了下來。武工隊砸開了火車車廂，果然發現12節悶罐車廂裡裝的是勞工，人數不下於2000餘人，武工隊當即"劫持勞工"搬運火車上的物資，武工隊並沒有破壞火車與路軌，也沒有殺害或擄走車組人員。搶到物資後，武工隊押著勞工分多路迅速消失在山林裡。整個行動看起來就是一場典型的土匪劫掠列車的行為。
物資都分散到了各處山寨安頓，大多數勞工們進了各處山寨，中途也有些勞工逃亡了，武工隊也沒有追擊，他們能否逃出生天就要看自己的造化了。勞工們進了土匪窩都很緊張，但令他們意外的是，山寨並沒有難為他們，並為他們安排了食宿。勞工們經過三天多的行程，還搬運了物資，一個個都已經累得筋疲力儘了，暫時隻能在山寨休整。一天後，各山寨出現同樣的一幕，緩過勁的勞工被集中起來，寨主們告訴勞工們自己的隊伍是保險隊。又告訴勞工們，他們是剛從鬼門關走了一趟。每一座山寨都安排了一個"張玉"為勞工們講解他在鬼子工地的遭遇。寨主們最後總結，讓勞工們千萬不要上日本人的當，當然也邀請他們加入隊伍，即使不加入，也可以為山寨做些事，賺取一些回程的盤纏。為取得信任，李振華針對不同地域的勞工，安排相應地方政工人員進入勞工之中，為他們答疑解惑。經過一係列的操作，勞工們絕大多數留了下來。
日軍尋著蛛絲馬跡前來報複，李振華命令被發現的3個山寨轉移，牽著日軍的鼻子在大興安嶺深山密林打轉，日軍倉促出兵，一時無可奈何。
正麵戰場上，圍攻衡陽的日軍得到了一輪彈藥補給後，於7月20日對衡陽發動又一次進攻。第34師團佯渡洡水，第58師團進攻瑪歸槽、酃湖、灣塘、湖東寺至蜈公橋一線陣地。第68師團進攻停兵山、高嶺一線，第116師團進攻三裡亭、胡坳、馬王廟一線。日軍進攻勢頭很猛，第68師團、第116師團突破國軍一線陣地，但也付出了3000餘日軍的傷亡，第68師團師團長左久間為人被預10師第28團迫擊炮所傷，不治身亡。麵對日軍攻勢，第10軍軍長方先覺抽調衡陽東第190師回衡陽城，參與衡陽城保衛戰。中日兩軍在神渡、汽車西站、虎形窠、江西會館國軍二線主陣地激戰。守軍英勇苦戰、寸土必爭，衡陽城戰況愈加激烈。衡陽東戴海歐的防守壓力卻不是很大，日軍的進攻重點不在這裡。戴海歐手中有新2軍、暫2軍、暫54師，兵力綽綽有餘。日軍在東線實際上隻有第58師團在進攻防線，衡陽東穩穩掌握在戴海歐手中，衡陽東美軍機場還在正常作業，衡陽作戰產生的重傷員通過機場直接運送到大後方。衡陽機場的存在解決了衡陽作戰官兵的後顧之憂。這也是第9戰區薛嶽能穩坐衡陽城的底氣所在，關鍵的時候國軍甚至可以通過衡陽東美軍機場快速增兵。
就在衡陽戰況激烈之時，茶陵廖耀湘新6軍聯合第20、26軍發動了對安仁的突襲，並一舉攻占領了安仁。第27師團第1聯隊人員損失過半，調頭向西逃竄。新6軍、第26軍銜尾追擊。橫山勇緊急抽調第34師團第68步兵聯隊支援，雙方在冠市相遇，發生激烈交火。日軍沒有占到一點便宜，眼看就要支撐不住了。第3師團主力緊急從衡陽西南經茶市趕來馳援，在第1、68步兵聯隊即將崩潰的最後時刻，第3師團主力趕到，堪堪穩住了冠市戰線。衡陽戰場整個態勢朝有利於國軍的方向慢慢轉變。
西麵日軍第116師團久攻國軍二線陣地不下，第116師團派出一部試圖從銅錢渡越過蒸水，切斷衡陽北部國軍聯係，被等待多時的李天霞第100軍當頭一棒，損失了近2000餘人後，灰溜溜的退回了蒸水南岸布防。
橫山勇眉頭緊皺，國軍的頑強出乎他所料，國軍調集的兵力規模也出乎他所料。橫山勇手中的兵力還是不足，於是他再一次向岡村寧次要求第37師團南下，畑俊六從中協調，岡村寧次無奈之下從山西抽調兵力至山東，第37師團沿津浦路南下浦口，再從浦口乘船前往湖南。日軍之所以不走隴海線、平漢線南下，是因為確山至信陽段還被國軍第5戰區占領，走這條線耽誤時間。
岡村寧次有個不好的預感，此次衡陽作戰日軍很大可能遭到失敗。岡村寧次感覺日軍戰略出現了嚴重問題，日軍兵力嚴重分散。依照岡村寧次自己的心意，日軍現在要做的不是打通大陸交通線，而是應該收縮兵力，放棄部分占領區。東南亞的兵力，至少是印度支那半島的兵力後撤至中國再作打算，岡村寧次出言試探過幾次，但陸軍軍部、參謀部一聽到要放棄占領區就像捅了馬蜂窩一樣，岡村寧次人微言輕、有心無力。
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