衡陽東美軍機場，應國軍第9戰區所請，美軍50多架p40升空，協助新2軍、暫2軍一部對日軍第58師團進行了突襲。
衡陽東戰鬥爆發以來，日軍一直處於進攻態勢，新2軍一直采取防守姿態。第58師團沒有料到當麵國軍全軍大規模突襲。進攻伊始，第5師團就遭到新2軍12門105毫米榴彈炮、30多門75毫米山炮大規模炮擊，同時還遭到了美軍空襲。新2軍進行了步炮協同作戰，炮兵火力隨步兵推進逐次延伸，形成動態火力網。第58師團措手不及，新2軍攻擊造成了第58師團重大傷亡。
日軍第58師團原本作為攻城巷戰專用師團，更側重步兵攻堅?，步兵單兵火力很強。但師團所屬重火力反而比較薄弱，臨時調配的12門92步兵炮、6門75㎜野炮在新2軍105榴彈炮、75山炮麵前無招架之力，況且空中還有美軍航空隊。第58師團師團長毛利末廣恨得牙根癢癢，與新2軍的曆次作戰中，新2軍最多時動用過4門105榴彈炮、10多門75㎜山炮，他沒有想到新2軍竟然能如此隱忍。
新2軍炮兵一改往日摳搜的個性放開來打，他們旁邊就是美軍機場，隨時可以補給炮彈。第58師團開始倒黴了，以新2軍為主力的國軍全線進攻，造成日軍防線全線動搖。毛利未廣顧不得體麵，緊急向橫山勇請求戰術指導。橫山勇立即調原先支援湘江以西衡陽戰場的第3、34師各一個聯隊轉派到了衡陽東戰場，這兩個聯隊到湘江以西還不到3天，又要重新渡過湘江去衡陽東戰場。
第58師團且戰且退，退過了胡家坪、樟樹灣、麻子園一線才堪堪穩住了戰線。第58師團切成了兩部，一部在東麵大樹坪一帶，一部在南麵東陽渡一帶。此時日軍援軍也快到達，新2軍也止住了南下腳步，全力構築南麵新陣線，主力向東壓迫大樹坪日軍，日軍在大樹坪站不住腳，在洡水東麵泉溪日軍的接應下渡過洡水，與國軍隔河相對。
衡陽東這仗打的漂亮，僅用了一個白天的時間，衡陽東防線向南推進了3一7公裡。殲滅日軍2500餘人，還繳獲了日軍6門75野炮、3門92步兵炮以及大量糧草彈藥，其中還有數量不少的毒氣彈，彈體上印著骷髏頭。新2軍及暫2軍自身傷亡不足千餘人，軍委會通令嘉獎了新2軍及暫2軍。
毛利未廣遭到了橫山勇的嚴厲斥責，因為他的疏忽，造成了2500餘帝國勇士喪生。橫山勇尋思第58師團不適合打陣地戰，但苦於手中兵力不足，無法調整。他考慮第37師團到達後再作計較。
重慶國府也非常關注衡陽的戰況，常申凱此時的壓力也非常大，美國政府有意利用豫中、長衡會戰的失敗，迫使其交出軍權。這是他完全不可以接受的。史迪威還派人與雲南龍雲及廣西李宗仁接觸，這些都在常申凱的掌握之中。美國政府還透過在延安的美軍觀察組與我黨進行了溝通，杜立特航空隊已全麵換裝b29轟炸機，退役的50多架b24，我黨購買了30架，轟炸機停留在山東根據地各機場，名義上還是屬於杜立特航空隊。不是我黨不想多買，美軍如果全部賣給我黨，國府麵子上會非常難看，另外的20多架b24交給了國軍航空隊。
常申凱有意親自前往衡陽戰場，但國府各大佬均不同意，於是常申凱委派軍政部政務次長林蔚前去衡陽，林蔚作為常申凱的高級幕僚，深得其信任，在曆次軍事決策和政治協調中發揮關過鍵作用。
林蔚將軍是乘飛機到達衡陽的，來到衡陽後林蔚召集了師級以上的將領開會，會上林蔚轉達了常申凱對衡陽戰役的關切，向這些高級將領說明了此次戰役的重要性，此次戰役關係到國府在同盟國中的地位，可能會影響到戰後利益分配問題。林蔚又提到一次大戰勝利後的巴黎和會以及五四運動的起因，與會的將領個個都是人精，哪裡能不明白林蔚的意思。
林蔚還帶來了大筆銀元，對前期作戰英勇的部隊及個人進行了嘉獎。林蔚向各部將領承諾：此次戰役各部隊的損失，國府戰後會全部整補，立功部隊還有機會獲得美式裝備。林蔚的目的是要打消了非國黨嫡係部隊的顧慮，讓他們安心全力作戰。國府以前有以日軍消耗地方部隊的先例，雖然此舉不能完全消除地方派係的擔心，但這次有林蔚將軍作保，地方係將領也相信了國府這次不會食言而肥，否則下次有誰還會相信國府的承諾，相信國府不會因小失大。
林蔚沒有離開，留在衡陽城，協助第9戰區司令長官薛嶽指揮作戰。衡陽戰場上的國軍很多屬於臨時調配到第9戰區，有了林蔚的協調，薛嶽指揮部隊也順暢了許多。
第68、116師團驅逐了國軍第62、79軍後，再次醞釀對衡陽城進攻，第34師團在洡水以北留了一個聯隊，餘部向南從茶巿迂回、經東陽渡抵達衡陽城以南，衡陽東南部防線上第34師團那個聯隊也隨行，協助第68、116師團攻取衡陽城。
7月28日日軍對衡陽城再一次發動了總攻，戰鬥進行了3天，衡陽守軍給予了日軍重大殺傷。日軍仍無法全麵突破衡陽城外主陣地。橫山勇意識到如果沒有援軍加入，日軍對衡陽城將無可奈何，橫山勇命令第37師團離開瀏陽，轉道株州，儘快趕到衡陽。
第37師團到達長沙後，正值第44軍、第58軍、第72軍主力圍攻瀏陽，瀏陽危急。衡山勇臨時調第37師團趕往瀏陽協助。第37師團師團長長野佑一郎接到橫山勇的命令時，所部還在與國軍激烈交戰。日軍在瀏陽作戰已取得到了優勢，野佑一郎認為再過一、兩天就可以擊潰國軍，他以部隊與國軍正在交戰，一時無法抽調為由在瀏陽多停留了兩天。
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