中路日军第116师团和第68师团在日军总攻长沙之前，即已于6月13日和16日分别轻易地占领了株洲及清江铺。守军暂2军退守渌水南岸。配属第116师团的第68师团第133联队则西进，占领了湘潭。守军新23师退至涟水以南，转移到东台山一带。
6月19日，第116师团(附第68师团的第57旅团)由株洲附近西渡湘江，分两路各沿湘江西岸及易俗河向衡阳前进;第68师团(欠第57旅团)由石亭附近渡过渌水，击退暂2军后沿湘江东岸向衡阳急进。第68师团于23日即已突抵泉溪市附近，并渡过耒河，击退暂54师的警戒部队。
24日傍晚，以一部西进，进攻五马槽衡阳外围阵地，主力经赤水塘西渡湘江，向衡阳以南迂回。迄27日，日军第116师团进至衡阳城西郊，突破守军第3师阵地，逼抵瓦子坪、虎形山主阵地前;第68师团一部突破五马槽第190师前进阵地和冯家冲主阵地，并攻占了飞机场;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。至此，衡阳已处于日军的三面包围之中。
衡阳位于湘江中游，系粤汉铁路和湘桂铁路的交会点，是第九战区的重要战略基地之一。