天马山等阵地亦为日军第116师团突破。
7日6时起，日军集中炮火先对守军进行了约2小时的炮火准备，尔后发起冲击。守军阵地大都被毁，官兵伤亡惨重，五桂山、接龙山等阵地先后失守。但第3师及预10师的官兵仍顽强抵抗。8月7日夜，第10军军长方先觉派参谋长孙鸣全与日军联系投降事宜;8日晨，方先觉率其第3师师长周庆祥、第190师师长容有略、预10师师长葛先才、暂54师师长饶少伟及副官处处长孙广宽在城南天主堂与日军第68师团师团长堤三树男会见，正式缴械投降。
据日军记载，缴械的官兵共13306人(大部为伤病员，能战斗者约4000人)。此时，不愿投敌的部分官兵仍在城内进行抵抗。
由第四战区抽调来援的第46军等已进抵距衡阳8公里的二塘。衡阳失守后，第九战区以一部兵力在衡阳以西攻袭日军，主力撤至洪桥一带。日军经休整、补充后，9月1日开始进攻:第3、第13、第40、第58师团向零陵、全县，第116、第37师团向邵阳进攻。守军第37军在常宁进行了较顽强的抵抗;第79、第62军在白鹤铺、大营市一带，第74、第100军在渣江、永丰一带，稍事抵抗后再次后撤。