长沙失守，蒋介石为确保衡阳，决定在渌水至衡山地区采取“中间堵、两边夹”的战略手段，将长沙地区之敌，屏障于渌水以北。蒋介石电令第九战区司令长官薛岳，迅速调整部署，以达成以上战略目的。蒋介石电令大意为：
一、令第10军守卫衡阳城。
二、令欧震将军率第37军、暂编2军，在禄水至衡山间沿铁路线和湘江两岸正面占领阵地，堵住南侵之敌。
三、令川军王陵基第30集团军所部第72、第58、第26三个军，和川军杨森第27集团军所部第20、第44两个军，在湘江东岸由东向西进攻醴陵地区之敌，令王耀武第24集团军所部第73、第79、第99、第100四个军，和第4军一部，在湘江西岸，由西向东攻击，与东岸川军形成对击夹攻之势，斩断向南进攻之敌。
由于战场形势急变，蒋介石的战略企图变成了“画饼”。
薛岳接到蒋介石电令时，第九战区仍在执行“各部队索敌攻击”命令，实际上是各部队均处于被敌追踪攻击状态，根本无法收拢部队，组织实施蒋介石的战略计划。直到6月23日，薛岳才与各部取得联系，下达各自的集结地点和攻击目标。但这时的战场形势已大大变样，为时已晚了。由于薛岳把第九战区的残余的部队，集结在湖南与江西交界的一带，企图等日军深入之后，反击日军的侧后。但是薛岳的这个布阵，却遭到日军主力兵团向东旋转的多路围攻，因此不但无法发挥侧翼包抄日军的效用，反而让南方的衡阳阵地，出现兵力支援分配不足的危机。
日军在攻占长沙的同时，横山勇对衡阳发动长距离的奔袭突击，日军第六八师团（佐久间为人）与一一六师团（岩永汪），沿着湘江东西两岸，分途包抄衡阳；第六八师团的决死突击队，在六月二十六日半夜，攻占了美军在华最大的空军基地衡阳机场，得到了日皇亲自的传令嘉奖。直到6月23日，薛岳才与各部取得联系，下达各自的集结地点和攻击目标，但这时的战场形势已大大变样，为时已晚了。
衡阳机场位于衡阳市东郊，湘江东岸的八尺岭下。由于日军此次作战目的之一便是破坏国军西南的机场体系，而且日军为掩护部队达成一号作战中打通粤汉南段铁路的目的，其必然要夺取更接近战线的前进机场，因此衡阳机场就成为两军必争之地，于是战区将警备机场的暂编五十四师〔欠两个团〕配属给第十军，由第十军全权指挥。
六月一日，第十军军长方先觉与所属各师师长、参谋人员以及专程赶来的美军准将贺克一起制订了衡阳防御计划。其中为掩护机场和衡阳东面，在湘江东岸布置了第一九○师和暂编第五十四师，前者在南，后者在北。然而布置刚刚开始，十三日，原担负衡阳城北防御的新编第十九师奉命调往全州，因此兵力本来就不足的衡阳守军更加捉襟见肘。方先觉不得不调整了部署，安排如下：
1、军辖之第一九○师以一营附师战防炮连在泉溪市耒水河西岸新码头建立前进据点，以一部于湖南岸铁路经湖之西岸、湾塘至蜈蚣桥之线，占领警戒阵地；主力占领五马归槽、橡皮塘、莲花塘之线，构成据点阵地，保持重点于右翼。
2、战区配属之暂编五十四师一个团以一部于东家湾至何家山之线，占领警戒阵地；主力占领冯家冲，沿耒水河左岸至耒水河口之线，构成据点阵地，重点保持于左翼。
国军打算利用既设阵地，逐次消耗敌军，达到阻滞敌人快速推进的目的。此外，由于衡阳机场的军事价值，因此在国军的预定方案中决定，在最后机场失守前，必须实施彻底的破坏，以免被日军轻易利用。由于第十军各部久历战阵，因此构筑的工事的分布和技术性都很得要领。在湘江东岸以湘江为依托，构筑少量碉堡监视水域，前进据点以各个火力点形成交叉火力网，可以相互支援。这对于以后的战斗起到了很大的作用。
敌第11军团军团长横山勇的作战方案中更是规定：在攻取长沙的同时，即以炮兵、坦克、铁道部队快速向南推进，以急袭和强袭手段，迅猛****衡阳地区；要乘中国军队尚未部署好之前进攻。
根据这一战略意图，中路日军第一线兵团第68、第116师团，在第二线兵团围攻长沙城时，便沿长沙东侧继续南下，其意图好像是为了阻击从衡阳北上增援长沙的中国军队，实际上另有它图。
当日军第58、第34师团等部刚攻下长沙，已经过一定休整和补充的第116、第68两个师团，立即从株洲附近沿湘江两岸向衡阳推进，其行动之神速令人咂舌，如同平地兴起的狂涛向南汹涌卷去。
湘江东岸。敌第68师团在佐久间为人中将指挥下，疯狂南进。向衡阳挺进的六十八师团主力序列：
六十八师团司令部师团长佐久间为人中将
参谋长原田贞三郎大佐