前文有述，衡阳地形比较特殊，北面是衡山，东边临湘江，西边是湖泊地带，这三个方位，日军的辎重通行都不甚方便。这样一来，便只剩下了南边。可衡阳南边却是丘陵地带。于是，方先觉开动工事，人为地将山地朝南的一面各个小山头，全部削成七八米的高崖。高崖又光又滑，形成一座天然的屏障。日军想要从这里通过的话，只能借助云梯。
而在排兵布阵方面，方先觉选择了一种与众不同的方式。他将第10军的的主力安排在日军的主攻阵地上，接着，他把老骨干周庆祥的第3师放在二线的位置。之所以要这么做，是因为他已经预料到，衡阳保卫战有很大的可能性是持久战，需要做好保存实力，长期坚守的准备。
虽然对那些主力军来说，冲在前线预示着他们的死亡率会更高，但没有人对方先觉的这一决定有所不满。所有人都知道，衡阳城的地理位置十分重要，保住了衡阳城，抗战局势才会逆转。
将人员安排好之后，防御工事也是必不可少的。大战在即，方先觉需要筹备战略物资。可谁知，当他拿着手令去兵站仓库调拨时，管理员竟然向他索贿。
这让方先觉一下想起那次胖揍黄埔军需官的事情了。本就不是眼中可以揉得下沙子的人，否则也不会学生时期宁愿冒着被黄埔军校开除的风险，也要将那个贪污学生伙食费的军需给胖揍一顿的事情了。
1924年，19岁的他方先觉如愿考入了上海政法大学法律系，最先接触到孙中山先生的三民主义，革命的思想开始逐渐在他心中萌芽。在一个偶然的机会，方先觉得知黄埔军校正在上海秘密招生，内心早已有了参加革命想法的他，毅然决然放弃正在进行的学业，报名了黄埔军校被顺利录取，。
在校期间，他表现优异，成为同期生中最早进阶的学员。1925年11月便被提拔为第3师第9团侦察队少尉见习官，见习期满后改任中尉排长。而恰在此时，他听说军校里有军需官贪污学生伙食费，导致学生餐饮质量大幅度下降。当时方先觉才20岁，做事情也有着年轻人特有的冲动，他二话不说，带上几位与他抱着同样想法的同学，找到那位军需官便将他胖揍了一顿。
这人打是打了，气也出了，但问题却依然还是没有解决。黄埔军校官官相护，不干人事的军需官将事情闹大，把方先觉告到了学校。这件事情最终导致所有参与的学生都被保留学籍，留校察看。而方先觉则要严重得多，直接便被开除了学籍，毕业证书拿不到了。周围不少老师和同学都表示十分惋惜。但是年轻气盛的他根本就没为自己的莽撞行为而感到后悔。他甚至还暗暗下定决心：拿不到黄埔军校的毕业证书又怎样，自己也能闯荡出一番事业。
没从黄埔军校毕业，不能给履历添加助力，但这并不代表方先觉就没有其他渠道实现自己的报国梦。谁也没有料到，就是这位黄埔军校的肄业生，后来竟然真的就坐上了师长、军长的职位，指挥千军万马。
而此时身为衡阳守军最高长官的方先觉二话不说，直接便将这个索要贿赂的官员告到了军委那边，依令将其查办，这才及时得到了大批的武器弹药。正是这批弹药，才让他后来创造了一项奇迹。
1944年6月23日，日军第68师团已于衡阳附近渡过湘江和耒水，开始对衡阳外围国军实施攻击。次日，日军第116师团也到达衡阳外围，两师团协同作战，果然从城南方向攻击前进。国军于湘江两岸夹击日军的计划破产，衡阳处在被四面包围的危险境地。
自6月初开始，第10军就充分发挥了善打防御战的优势，各师用了20多天时间加固、修补或新构工事，充分利用衡阳丘陵，河川，城墙等有利地形，将衡阳打造成一个坚固的堡垒。
坚固、完备的防御工事，在衡阳保卫战中起到了较大作用。日军战史承认：衡阳防御阵地是中国八年抗战里初次出现的最好的防御阵地。另外第10军成功利用狙击手，狙杀日军军官，机枪手和炮手；有力的打击日军锐气。同时集束手榴弹的普遍使用，大大杀伤了日军步兵。这些都成为了创造衡阳保卫战奇迹的关键。
6月23日当天，第10军自绝退路，炸毁了湘江铁桥。同日夜，日军第68师团太田贞昌旅团主力3个大队，配备独立炮兵第5联队的2个大队，共约5000余人，从衡阳以东20公里的泉溪市强渡耒水，向第190师防守阵地突击。该股日军的10余只汽艇在半渡之际，即遭到国军炮击和机枪猛烈扫射，全部被击沉。
6月24日，太田贞昌旅团主力冒着中美军机的攻击渡过耒水。25日夜，又从东阳渡以西渡过湘江，从西南面进攻衡阳城。与此同时，日军第68师团一个大队千余人奔袭衡阳机场。该路日军首先攻击机场南侧五马归橹（泉溪市以西7公里）的阵地，国军抵抗甚为激烈，日军进攻无任何进展。日军被激怒，第一线中队发起敢死冲锋，企图肉搏夺取阵地。但面对据点式的坚固阵地，很快被击退。日军随即增派一个步兵大队增援，并改变进攻路线。26日拂晓，终于从阵地左侧的水田地带冲入衡阳机场南端，经过整日激战，于当天傍晚，方才占领衡阳机场。
日军第116师团主力亦从衡山附近的白果市场向衡阳突进，27日进抵衡阳以西20公里的三塘附近，抵近了预10师的防御阵地。湘江东岸的防守已无意义。为了集中兵力守城，方先觉决定放弃湘江东岸阵地，将第190师和暂54师全部撤回城区，以避免被敌各个击破。至27日，湘江东岸守军全部移守衡阳城。当天，日军第68师团，第116师团在衡阳南部会合。商定于28日从南，西两面同时发起总攻，企图一举攻克衡阳。
6月28日零时开始，日军向衡阳城区发起第一次总攻。但很快在第10军的坚强防守面前败下阵来。上午10时30分左右，向衡阳南侧高地进攻的日军第68师团的指挥部遭到预10师第28团迫击炮群的集中轰击，师团长佐久间为人中将被炸成重伤，当即抬离战场；同时被炸伤的还有参谋长原田贞三朗大佐。此后该师团改由第116师团长岩永汪中将统一指挥。
随后，日军将攻击目标集中在城南方向。试图从预10师的阵地上打开缺口。敌野山炮，迫击炮火力相当猛烈。预10师第28团坚守五桂岭等处阵地，官兵伤亡惨重。战至30日，五桂岭南端阵地1个连全部被日军毒气熏死。但日军被击杀，触雷而死也有数百人之多。