日军第十一军的进攻部队在完成了第二次的补充后，很快又发起了第三次总攻，日军第十一军司令官横山勇中将甚至抽调了日军第五十八师团，过来接替日军第六十八师团的地五十七旅团，加强对衡阳城的攻击力度。

随着日军第十一军进攻部队对衡阳城的第三次总攻作战开始，日军第十一军的各进攻部队突然惊喜的发现在衡阳城内坚守的华夏政府第十军已经弹尽粮绝了，而且，之前第十军一直发挥着重要作用的迫击炮都已经打不出几发炮弹来了。

而此时负责在外围增援的华夏军队，也知道了第十军已经快坚持不了不少时间了，于是增援部队只能是开始使用人海战术对日军第四十师团防守的二十四公里的防御正面展开了持续不断的攻击。

不过现在的日军第四十师团也是已经杀红了眼，开始对发起人海冲锋战术的华夏军队大规模的施放芥子气，这让大规模冲锋的华夏政府第七十九军的官兵大面积的中毒。

可即使是这样，外围的华夏增援部队和日军第四十师团的阻击战斗打得依旧惨烈，并且，日军第十一军的进攻部队和华夏政府的军队以衡阳为中心的大规模混战已经形成。

八月六日的凌晨三点，日军第五十八师团的进攻部队终于在演武坪的华夏政府第十军部队守军官兵全体阵亡的情况下，突破了演武坪的防御阵地。

在中午的时候，日军第六十八师团的进攻部队攻入到了衡阳城中，华夏政府第十军在这边剩下的最后一位连长拼着最后一口气，连续将剩下的八发迫击炮弹全部打光，居然成功的炸死了刚刚攻入衡阳城中的日军第六十八师团第五十七旅团旅团长志摩源吉少将。

日军第十一军的进攻部队突入到衡阳城中后遭到华夏政府第十军剩余官兵的顽强阻击，为了加快推进的速度，日军第十一军的进攻部队又再次施放了大量的毒气弹。

八月七日，衡阳城已经成为了一片焦土，负责衡阳城防御的华夏政府第十军甚至都已经只剩下七千伤兵了。

当天傍晚的时候，日军第五十八师团的进攻部队已经将衡阳城横切为了两半，华夏政府第十军剩余的官兵已经是深陷重围腹背受敌了，而此时外围的华夏政府援军还是没有能够突破日军第十一军部队的阻击，衡阳城已经到了无法再坚持的地步了。