發生過程：

一、第一階段

5月26日，日軍分三路進犯，我守軍第72軍在通城東南山區，第20軍、第37軍在汨羅江北岸和南岸地區，第73軍、第99軍在沅江、益陽地區阻擊，日軍遭受到極大消耗重創，激戰至6月11日，日軍攻陷石灣，守軍一部退守瀏陽。日軍以優勢兵力，進攻瀏陽，守軍奮戰9晝夜後，退守瀏陽南郊。此時日軍集中主力包圍長沙，守軍據守週邊陣地，與日軍鏖戰。

6月17日黃土嶺陣地、紅山頭陣地相繼失陷，嶽麓山陣地亦被突破。18日，守軍第4軍殘部分批突圍，19日，長沙失陷。

二、第二階段

長沙淪陷之後，第9戰區以一部兵力在淥水兩岸地區對日軍採取消耗戰，集中主力于衡陽週邊繼續與日軍決戰。8月2日，中國增援部隊在衡陽城郊與日軍發生激烈的爭奪戰，時進時退，但始終未能解除衡陽之圍。衡陽守軍第10軍憑著堅固的城防工事，配合我空軍持續攻擊日軍步砲陣地，以及擔任通信及空投補給的支持，與日軍血戰47晝夜，但終因眾寡懸殊，傷亡殆盡。8月8日，日軍佔領衡陽。

歷史影響：

中國力抗日軍多年，國力空虛，各種內部矛盾有增無減，經過此役造成數十萬士兵及無數人民傷亡，大量工廠遭到破壞，國民政府同時遭受軍事及財政兩方面的重大打擊，形勢更加艱困。而日軍侵略中國久戰不下，太平洋戰爭失利，本土反而受到美軍威脅，因此勢必孤注一擲要在中國取得絕對的交通掌控權，然而畢竟元氣已傷，即使在此役重挫中國，本身也付出極大代價，即便成功佔領也已無力維持，更難以進行有效的控制。事後來看，此戰可說是中國迎接勝利曙光前的黑暗，然而在當時確實是全國軍民的重大打擊和危機。