国军队连排级干部几乎全部打光。
战至 8 月 1 日，日军第二次总攻再次受挫，伤亡累计超过 3 万人。。
此时，第 10 军能参战的官兵仅剩 2000 余人，弹药、粮食、药品完全耗尽，外围 10 万援军因日军层层阻击和内部矛盾始终未能突破防线。
8 月 7 日，方先觉向重庆发出最后一电："敌人今晨由城北突入以后，即在城内展开巷战，我官兵伤亡殆尽，刻再无兵可资堵击。
职等誓以一死报党国，勉尽军人天职，决不负钧座平生作育之至意，此电恐为最后一电，来生再见。"
8 月 8 日凌晨，为保护城内 7000 余名伤兵和百姓的生命安全，方先觉与日军谈判停火，衡阳城宣告失守。。
此战直接导致日本首相东条英机于 1944 年 7 月 18 日下台，加速了日本法西斯的灭亡。
衡阳失守后，日军继续向南推进，先后攻占耒阳、郴州等地。
9 月 8 日，日军占领零陵，长衡会战结束。
此役，中国军队伤亡约 15-20 万人，日军伤亡约 6-8 万人。
战役第三阶段为桂柳会战。
桂柳会战是豫湘桂战役的最后阶段，日军以 "打通湘桂铁路、连接越南占领区" 为目标，集中第 11 军、第 23 军约 16 万兵力，从湖南、广东、越南三路进攻广西。
中国第四战区司令长官张发奎指挥约 12 万兵力防御，但兵力空虚、指挥混乱，最终导致广西全境沦陷，日军一度威胁陪都重庆。
8 月 29 日，日军第 11 军从湖南衡阳沿湘桂铁路南下；
9 月 6 日，日军第 23 军从广东清远沿西江西进；
同时，日军第 21 师团从越南北上，形成三路夹击广西之势。
11 月 4 日，日军对桂林发起总攻。
中国守军第 31 军 131 师等部约 2 万余人坚守桂林，与日军展开激烈巷战。
11 月 9 日，日军使用毒气弹攻击，守军伤亡惨重。
11 月 10 日，桂林城破，第 131 师师长阚维雍自杀殉国，城防司令部参谋长陈继桓、第 31 军参谋长吕旃蒙等将领壮烈牺牲。
桂林失守的同一天，柳州守军第 26 军军长丁治磐不战而逃，日军兵不血刃占领柳州。
11 月 24 日，日军攻占南宁。
12 月 10 日，从南宁南下的日军与从越南北上的日军第 21 师团在绥渌（今广西东门）会师，日军在形式上完成了打通大陆交通线的作战目标。
日军占领柳州后，分兵一部向贵州进攻，12 月 2 日攻占贵州独山，距离陪都重庆仅 600 公里。
重庆震动，国民政府一度准备迁都西昌。
危急关头，中国军队第 97 军、第 98 军等部紧急驰援，在独山以北阻击日军。
日军因战线过长、兵力不足，于 12 月 4 日开始撤退。
12 月 10 日，中国军队收复独山，解除了对重庆的威胁，豫湘桂战役至此结束。
最终，此战役以中国方面：
军事上：伤亡约 50-60 万人，丢失河南、湖南、广西、广东、贵州等省20 余万平方公里国土，146 座城市沦陷，丧失7 个空军基地和 36 个飞机场
民生上：6000 万民众陷入日军铁蹄之下，流离失所，生命财产遭受巨大损失为代价。
而日本方面：战术上：形式上打通了大陆交通线，摧毁了部分中美空军基地
战略上：付出了伤亡约 10-12 万人的惨重代价，战线进一步拉长，兵力更加分散，大陆交通线因中美空军持续空袭和敌后抗日根据地袭扰，始终无法正常运行，未能达到挽救战争颓势的目的。】
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