容有略指挥第五六九团突入飞机常占领了机场的日军对地形不熟，没有料到守军这么快就来反攻，手忙脚乱了一阵。但他们很快就组织抵抗，塔台上火力交织，给攻击部队造成极大伤亡。容有略督促团长梁子超率队冲锋，梁子超身先士卒，部队大受鼓舞，第二营前赴后继，夺回了塔台。经过五小时激战，梁子超团以伤亡两百多人的代价，终于将日军全部赶出机常接着，部队炸掉机场的所有设施，在跑道上每隔十米就挖一个五十厘米的坑，埋上一公斤炸药。安排停当，容有略亲手按下引爆雷管的电钮，随即响起一阵参差不齐的沉闷的爆炸声，机场跑道炸毁了，地基震松，短时间内难以修复.
日军支队长得知机场得而复失，立即率部反击。梁子超团奉方先觉的命令撤出机场。
日军很看重衡阳的战略位置，他们的指挥官对衡阳守军战斗力的估计，存在很大的分歧。中国派遣军参谋长松井久太郎专程赶赴长沙，督促横山勇集中优势兵力，以图一举攻破衡阳。横山勇对此不以为然，认为日军一路势如破竹，连湖南省会长沙，中国军队的战区长官部所在地，他只动用两个师团作为主攻力量，三天就攻克了。衡阳只是一个中等城市，尽管有老对头方先觉率第十军防守，决不可能对日军构成多大的障碍。
没想到,战事一开始就不顺利，沿途遭到守军有力抵抗，从26日到27日凌晨,日军的进攻毫无进展。
横山勇的对手方先觉就在二号防空洞指挥作战，这里离前线只有三百米，日军有好几次冲到指挥所附近，方先觉仍然不撤。他在兴致高涨时，就在阵前张开双臂，高声吟诵：“大风起兮云飞扬，威加海内兮归故乡，安得猛士兮守四方。”他又说：“我们不出衡阳，是国家之所托，民族之所望，第十军之所愿。项羽败垓下，我们要努力奋战，争如汉王威加海内兮归故乡。”方先觉的斗志感染了部队，蒋介石只要求第十军“坚持十天至两周”，第十军却顽强抵抗了四十八天。
佐久间师团在汀兵山和高岭受阻，佐久间为人大为恼怒，跑到前线督战。他实地查看了一番，决定暂时不顾汀兵山，专攻高岭。日军集中炮火向高岭轰击,步兵开始冲锋，一直打到守军李建功排全部阵亡，日军才占领阵地。日军调过头来进攻汀兵山。守军把汀兵山的山脚，削成了一丈多高的直角陡坡，上端全部竖着木桩，缠绕着铁丝网，后面才是纵横交错的掩体和壕沟。日军先以排炮轰击，将障碍物和工事炸平，步兵冲到山脚下，架起人梯往上爬。守军第七连连长张田涛命令部队沉着应战，日军多次冲锋，都无功而返。
守军伤亡也很严重，各层障碍物都被破坏，机枪管全打红了，阵地上堆满了弹壳，没有时间清理，射手只好不断端着机枪转换位置。日军终究还是爬上了硝烟弥漫的阵地，张田涛连与日军肉搏，几番刺刀拼下来，只剩下四个人，被逼退进堡垒。张田涛身受重伤，遍身是血，拿起电话向师长葛先才简报战况，语调凄凉：“我决定与敌人同归于尽，今后我再也不能挨师长的骂了，再也看不到师长了”
随后，他右手持枪，左手举刀，刀砍枪杀，身旁的日军像风刮茅草般纷纷倒下。突然，一把刺刀捅过来，张田涛的身躯轰然倒下。
日军攻击越来越猛，汀兵山与高岭失守，使西南方向的主阵地压力越来越大，守军消耗严重。日军慑于守军的顽强，开始施放毒气，防守五桂岭南端的第二十八团第三营第七连官兵八十六人全部中毒身亡。为避免更大的伤亡，第三营全部转入隐蔽工事。日军施放毒气后，戴着面具，分成小组，快速逼近守军阵地。守军一声不响，等日军来到战壕前，猛然跃出，扔出手榴弹，然后拼刺刀。日军在五天中反复进攻，每次进攻被打退后，在前沿阵地丢下一排排尸体。五桂岭、枫树山和张家山一带，一到夜晚便犹如几座火山爆发，血与火在山上升腾。晚风中，血腥味和尸臭味阵阵涌来，令人心悸，催人作呕。
激烈而残酷的拉锯战，使日军无法大幅度向前推进，日军将领沉不住气了。30日，第二十八团迫击炮连连长白天霖在枫树山观测所持十倍望远镜搜索，发现正南方约八百米处的欧家町高地上，有一群人拥着几个人在指指点点。
白天霖警觉地判断，这一定是日军高级将领在前线部署作战。他来不及请示，便集中八门迫击炮一齐射击 爆炸声传来，人随火光飞舞，炮弹命中目标。当时没人知道，这一击为第十军坚守衡阳四十七天立下了怎样的功劳，也没人知道白天霖的当机立断为中国军队赢得了怎样的声誉，在中国军队统帅部颁发的荣誉榜上，也没有白天霖的名字。直到战后，人们才从日本的战史上得知，这次炮击打中了佐久间师团的所有首脑人物，佐久间为人重伤，在送往武汉的途中毙命；师团参谋长和所有联队长都身负重伤，其他幕僚也没有幸免，这个师团的指挥全部瘫痪。横山勇电令岩永旺兼顾指挥佐久间师团。岩永旺自顾不暇，又不熟悉佐久间师团的情况，只好层层指示代理人，日军的攻势顿时减弱。
激战七天，日军伤亡在八千人左右，守军减员三千人以上，阵地经过反复争夺，防御工事多数遭到破坏，下一步防守增加了难度。30日，日军向张家山发起更为猛烈的进攻，徐声先率领第二营接防后，部队伤亡已达百分之七十以上。徐声先身先士卒，大呼：“弟兄们，杀啊，守住张家山就是守住衡阳”徐声先和部属没来得及赶走日军，已全部阵亡。在徐声先阵亡的前两天，军部上尉参谋陆金城写信问候他，告诉他军部已在为他请功，望他继续杀敌，争取更高级的勋章。徐声先在阵地上匆匆写了几句话回复：“我不是为勋章而战，我倒要在此枪林弹雨之中，衡量一下日本这个将落的太阳。”