既然知道了中国军队的意图，横山勇这只老狐狸怎么会不作出针对性的部署，他命令东、西两路日军集结兵力，加强对醴陵、宁乡方面的作战，以掩护中路日军进攻衡阳。
东路日军第13师团在师团长赤鹿理的指挥下，率先占领了醴陵，然后65联队继续南下，其部主力折而向东进攻，在刘公庙附近重创奉薛岳命令意图夹击日军的国军丁治磐部第26军，并迫使鲁道源部第58军和傅翼部第72军向东撤退，并且一路势如破竹般地攻击前进，江西萍乡也被赤鹿理强势占领。和90师师长陈侃的好运比起来，鲁道源真是霉到家了，他部58军在向东撤退的过程中，遭遇了山本山男的日军第3师团主力，在萍乡以北地区被日军切断成了几块，一番血战后，58军受到重创，鲁道源只得再次率部后撤，再也无力执行薛岳夹击日军的命令。
也就是说薛岳和老蒋意图由第十军和十二军坚守衡阳，然后各部从周边夹击、中心开花的战术，此时实际上已经是宣告破产。
据守株洲的沈发藻部暂2军，只遭到中路日军先遣部队的攻击，就全部退守到了渌水南岸，让出了这座湖南境内唯一的重工业城市。
因师团长不幸殉国，而由116师团师团长岩永汪统一指挥的第68师团第133联队，奉命西进，矛头指向了湘潭，沈发藻代管的新23师，也同样是只作了稍稍抵抗之后，便退至涟水以南，转移到东台山一带。
一路高歌猛进，又同时能指挥两个师团，使得岩永汪变得异常骄横和猖狂，他亲自率领第116师团和第68师团的第57旅团，从株洲附近西渡湘江，分两路各沿湘江西岸及易俗河向衡阳前进；而第68师团其余的部队则由石亭附近强渡渌水，先是击退了沈发藻部暂2军装模作样的防御，然后沿着湘江东岸向衡阳急进。这部日军，最先于抵达衡阳城郊，现今属于衡南县的泉溪镇，并且在国军暂54师唯一的一个团的火力阻挠下，强行渡过了耒河，突破了阻击阵地。稍作休整之后，于次日傍晚，岩永汪命令第58旅团115大队继续西进，进攻五马槽衡阳外围阵地，其余主力经赤水塘西渡湘江，向衡阳以南迂回。
第二天，赤鹿理的第116师团先遣部队进至衡阳城西郊，突破了守军第3师在衡阳城外的警戒阵地，逼抵瓦子坪、虎形山主阵地前；而第68师团58旅团第115步兵大队，迅速突破五马槽第190师前进阵地，进抵冯家冲主阵地之前，并试图攻击衡阳江东的军用机场；68师团主力则突破衡阳城南黄花岭、欧家町预10师的警戒阵地，进至铁路线预10师的主阵地前。
发生这一切的时候，孙玉民所率领的十二军主力还在日夜行军的途中，所部除了张小虎的二十师外，其余的部队离衡阳最近的也都还有着百余里的路途。
日军动作之快，既在方先觉的意料之中，又在他的设想之外，他原本以为自己在城外的警戒和阻击阵地，至少能延缓日军一到两天，好让自己能有多点时间进行备战！
历史上原本只有第十军孤军守城，现在因为有着孙玉民的出现，多添了一整个军的兵力，所以原本很多兵力薄弱却非常重要的地方，都由张小虎部二十师去防守，重新布置过后，自然得添加工事，这肯需要时间来准备，可现在已然是不可能再有充沛的时间，不管行不行，都得赶鸭子上架了。
对于防守衡阳城，方先觉原本是心里一点底都没有，可自从二十师进城后，又得知孙玉民会亲自过来协防，顿时信心百倍，和自己心目中的偶像并肩作战，哪怕就是拼光家底，他都不会觉得可惜。
张小虎是个谨慎小心的人，他在日军尚未到来之前，就领着旅长团长们把分配给自己的防区全部转了一遍，决定全师在停兵山、高岭、江西会馆一带设置主阵地。
他这些年受到孙玉民的强烈影响，经常会做出一些令人匪夷所思的事情来，就像现在，他竟然命令师工兵营把主阵地所在的所有山坡都削成了绝壁。
衡阳城区处于衡山余脉中，虽然首峰迴雁峰也在市区内，但是所有的山坡其实都算不得很高，通海拔都不超出200米。
但别小看这百余米的山坡，若想将其削成绝壁，那也不是个小工程，而且还不只一处山坡。
好在二十师人多，炸药也多，只用了短短的两天时间，硬是把主阵地所在的这连绵近两公里的这一溜山坡都削成了有一面绝壁。
他还将各团的重机枪都给集中了起来，分别在山坡和山坡交结的这一面设置成重机枪阵地，两个阵地的扇面射击区域，恰恰好是对方最好的火力支援点。加上他还给炮团找了处绝佳的地方，不仅能支援自己的防御主阵地，还能随时支援第十军各处阵地，这一战方先觉尚还未觉得布署好的时候，事实上二十师已经完成了防御的准备。
张小虎集中各团重机枪的做法，按照常规的思维，其实是不可取的，如此猛烈的火力点，肯定会遭到日寇的重点照顾，鬼子炮兵的炮可是打得很准，这些重机枪阵地能不能发挥出设想中的作用，真的是个未知数，而且这还是没有考虑鬼子飞机的情况。
张小虎不像傻熊，是个粗枝大叶的人，或许他战场上随机应变的能力可能比不过戴存祥，但是论起细心来，他可丝毫不逊色于刘文智和邓东平。从长沙一路撤退时，他就发现了一个状况，那就是鬼子平时耀武扬威的侦察飞机，从来就没有出现过，他虽然不知道鬼子空军全面被中美联合空军震慑和压制住，但是却能够感觉到，鬼子的飞机极有可能整场战役下来，都未必能够飞临衡阳上空。
既然不担忧鬼子的飞机，那鬼子的火炮也有应付的办法，张小虎作了两手准备：一面命令着炮团先不暴露出来，等战事打响后，鬼子炮击己方阵地时，再定点打击鬼子的炮兵阵地；另一面则组织了三支连级规模的敢死队，他们的任务就是摧毁鬼子炮兵，或者是和鬼子炮兵阵地同归于尽！
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