失守。
同一天，城內的第五十九師見嶽麓山被日軍攻佔，失去了依託，只好突圍出城，向瀏陽方向撤退。長沙失守。
蔣介石得知敗訊，十分震怒，連連責問：“第四軍是怎麼搞的，誰叫他們撤退？”他接到孫連仲第六戰區第二十四集團軍王耀武從湘北前線打來的電話，說他奉命率部增援長沙，被優勢日軍堵截在益陽地區。他曾打電話找趙子立請求任務，趙子立說，在守衛長沙的問題上，他和張德能意見分歧，張德能固執己見，將主力放在城內，看來長沙是守不住了。他身為戰區代參謀長，卻不能指揮長沙防衛戰，希望王耀武據實報告委員長。
蔣介石對張德能失守長沙怒氣沖天，立即下令：趙子立和張德能前往重慶，向軍委會彙報長沙作戰經過。
蔣介石要的兩個人剛到重慶，張德能就被軍法執行總監部逮捕下獄。後經軍法部審判，確認他在守衛長沙城的戰鬥中犯有罪行，判處死刑，於當年７月槍斃。趙子立在長沙守衛戰中被張德能架空，未負實際責任，免予追究。
長沙失守，蔣介石為確保衡陽，決定在淥水至衡山地區採取“中間堵、兩邊夾”的戰略手段，將長沙地區的日軍阻擋在淥水以北。他電令薛嶽迅速調整部署，達成以上戰略目的。
但是，由於戰場形勢劇變，蔣介石的戰略企圖變成了畫餅。
薛嶽接到蔣介石的電令時，第九戰區仍在執行“各部隊索敵攻擊”命令，實際上，是各部隊都被日軍追蹤攻擊，根本無法收攏兵力，組織實施蔣介石的戰略計劃。直到２３日，薛嶽才與各部取得聯絡，下達各自的集結地點和攻擊目標，但為時已晚了。
中路日軍第一線兵團，在第二線兵團圍攻長沙城時，便沿長沙東側繼續南下，好像是為了阻擊從衡陽北上增援長沙的中**隊，實際上另有他圖。當日軍第二線兵團剛剛攻下長沙，已經過一定休整和補充的第一線兵團，立即從株洲附近沿湘江兩岸向衡陽推進，行動迅速，一鼓而下。
在湘江東岸，佐久間師團瘋狂南進，到達衡山地區，與守軍打了兩天，於２３日清晨搶渡洣水，當晚進抵衡陽東南郊區的泉溪，並連夜渡江。２４日白天，該師團主力冒著美軍飛機的轟炸掃射，繼續強行渡江。
巖永旺師團與東岸日軍齊頭並進，於２３日到達衡山地區，迅速突破守軍防線，２６日抵達衡陽附近，迂迴到衡陽城西郊。
同時向南突進的還有赤鹿理師團。它在日軍攻下長沙城時，從江西上慄突然南進，穿過萍鄉、攸縣和安仁等縣境，在衡陽東北方警戒井岡山地區的中國部隊，以保證進攻衡陽城的日軍的側背安全。
這三個師團的日軍，都是在中**隊企圖中間堵、兩邊夾的部隊尚未部署到位時，就順利突破了險峻地域，成功地打了一個時間差。
日軍快速部隊在衡陽郊區的進攻打響一天之後，楊森集團軍和王陵基集團軍才在淥水以北的湘贛邊境山地集結起約十五個師的兵力，向醴陵地區出擊。但是，這些部隊尚未充分展開，便遭到日軍三個師團的搶先攻擊，拳頭尚未捏攏就被衝散。
湘江西岸的王耀武集團軍，也沒料到日軍南下如此之快。本來要調集各軍與東岸的川軍夾擊日軍，可是還沒來得及集結部隊，東岸的川軍就被衝散了，而日軍已在攻打衡陽城，在此夾擊日軍已失去意義。王耀武便令李天霞第一百軍和施中誠第七十四軍各一部，跟蹤向南追擊日軍，又令其他各軍迅速向安化、新化和寶慶地區集結，準備去解衡陽之圍。
第四次長沙會戰是長衡會戰的第一階段，而長衡會戰又是日軍為援助南洋日軍而進行的打通大陸交通線作戰的重要組成部分。在第四次長沙會戰中，中國守軍多次打退日軍的進攻，給日軍以重創，但是由於薛嶽的輕敵和張德能的指揮失誤，未能阻擋日軍的大規模進攻。
日軍越過了長沙，大西南最後一重門戶衡陽城，直接面對著日軍滴血的刀鋒。巖永旺師團和佐久間師團，在兩翼策應下，對衡陽虎視眈眈。
這時候，在第十軍作戰室的隔壁，軍長方先覺叉腿立於房中，雙手反背，久久仰頭凝視著房頂，已達三個多小時。突然，參謀急急忙忙闖入，慌亂地大聲喊道：“快，軍座，委員長電話！”
方先覺一愣，一反以往的沉穩和寧靜，匆匆朝作戰室奔去。
“是方先覺嗎？”電話裡傳來蔣介石的聲音。
“報告委員長，我是方先覺！”
蔣介石對方先覺下令：第十軍在衡陽城中堅守十天到兩週時間，以阻滯、吸引和消耗