豫湘桂战役，日方称之为“1号作战”。是1944年4月17日至12月10日间，中日双方在中国河南、湖南省、广西壮族自治区三省发动的大型战役，分为豫中会战、长衡会战和桂柳会战三次会战。

1944年初，日本为扭转太平洋战争不利的局面，以打通粤汉、湘桂以及京汉铁路南部，实现与南方地区的铁路联络，同时摧毁铁路沿线重要地点上的美国军队航空基地为目的，制定了针对中国大陆的“1号作战”计划。1944年4月17日，日军第37师团从中牟县向中原地区守军逼近，豫中会战打响。在兵力的悬殊下，日军很快突破中牟，向郑州市挺进。4月19日，日军第37师团和第62师团对郑州发起夹击，至4月22日，中国守军暂一旅和第330团加强连伤亡惨重，郑州失守。4月21日至23日间，新郑市、新密市、尉氏县、荥阳市等地也相继失陷。4月29日，日军第12军各部、第37师团、第27师团和骑兵第4旅、第62师团围困许昌市，并于次日对中国守军国民党新编第29师发起攻击。5月1日，许昌被日军占领，新29师师长吕公良等阵亡。随后，日军沿平汉线一路攻城掠地，至5月14日，先后占领禹县、郏县、汝州市等地，隔绝并围困住洛阳市。5月11日起，日军以坦克第3师团为前驱、以菊兵团为后应，向洛阳发起进攻。中国守军第15军及第94师殊死抗战14天后，5月25日，洛阳失守。

1944年5月27日，日军以第40、第116、第68、第3、第12师团在崇阳、公安、南县一线，分三路向中国军队发起攻势，长衡会战打响。6月11日，长沙市被日军包围。6月14日，日军第58、第34师团与第4军守城部队展开交火，并相继占领长沙外围据点。6月18日，日军发起总攻，长沙失陷。同日，日军第11军向衡阳市挺进，6月26日，日军第11军第116师团和第68师团合围衡阳。6月28日于7月20日，日本对衡阳城接连发起两次进攻。中国守军在第10军军长方先觉的带领下一一击退日军。8月4日，日军发起对衡阳的第三次进攻。经过持续的战，中方防线被破，城内据点相继被毁，守军败势已定。8月7日夜，中国守军与日军进行了停战谈判。8月8日，衡阳在外无援兵，内无弹药的情况下落入敌手。

日军在侵占衡阳后，持续入侵广西壮族自治区，进犯桂柳。10月28日，日军第58师团对桂林市北面发起进攻。11月9日，日军对桂林城发起总攻。经过一天的激战，桂林于11月10日沦陷，中国守军第131师师长阚维雍自尽殉国，城防司令部参谋长陈继桓、第31军参谋长吕蒙、第170师副师长胡厚基阵亡。同日，柳州市守军第26军军长丁治磐不战而逃，日军轻松占领柳州。11月24日，南宁市被日军占领。12月10日，南宁日军与由越南思乐北上的日军在绥禄（今东门）会师。至此，日军在形式上完成了其打通大陆交通线的作战目的。

豫湘桂战役历时8个月，中国国民党军队损失60余万兵力，丢失146座城市，失去7个空军基地和36个机场，总计损失国土面积20余万平方公里；日军则侵占了中国河南、湖南省、广西壮族自治区等省的大片地区，将在中国的统治范围向前推进了2000公里，形式上完成了打通大陆交通线的作战计划。蒋介石评价战役的失利，认为是革命军有史以来最痛心、最耻辱的一件事。

太平洋战争爆发后的半年里，日本以先发制人的攻势，占据了战争的优势。随着美国加入反法西斯主义阵营、日军接连在中途岛战役和瓜达尔卡纳尔岛战役中损兵折将，导致其彻底丧失了在太平洋战争的主动权。而美国利用“跳岛战术”，将东南亚的日军和本土从海上分割围困，日军只能步步后撤，确保“绝对国防圈”。1941年至1942年，克莱尔·李·陈纳德所率领的“飞虎队”先后在仰光、泰国、缅北、云南省等地区对日作战，先后击落日机290余架，对日军造成了极大的影响。截止1943年11月底，在华美空军所拥有的战机数量约230架，有能力对日本发起大规模空袭。因此，摧毁美国在华空军基地，从根本上消除对日本本土空袭的可能，是日军大本营迫切需要解决的问题。

基于此，日本自1943年8月开始策划长期战争的计划，即“1号作战”计划，其核心是占领和修复从黄河北岸的新乡市至汉口的平汉线南段，武昌至衡阳市的粤汉线北段，衡阳至柳州市的湘桂铁路，并新建自柳州经南宁至谅山的线段，把朝鲜、中国、印度用铁路连结起来，构成直通南方的大走廊。打通大陆交通线的战争一旦成功，不仅能将南洋的50万日军和本土联系起来，又能摧毁在华美空军基地，同时还能提高日见低落的日军士气。1944年1月24日，“1号作战”计划获得天皇氏批准同意。

1944年1月24日，日军参谋总长杉山将1号作战计划奏请天皇批准，并确定作战目的为摧毁美空军基地和打通大陆交通线两项。当日，大本营下达了1号作战命令，并指令先于4月前后在京汉铁路开始作战，6月间开始在湘桂方面作战。同月，日军开始为“1号作战”调遣兵力。日本征调新兵编成14个独立步兵旅团和8个野战补充队，并将原计划调往南洋作战的第3、第13、第22师团仍留中国作战；将原在中国作战的第3飞行师团改编为第5航空军；命令华北的第12军实施平汉路作战，华中地区的第11军和华南的第23号军实施湘桂作战，投入总兵力约51万。

1944年1月，日军为发动河南省境内战役，开始重建黄河南岸的邙山头阵地，修复黄河铁桥，并将京汉铁路从新乡市附近向黄河北岸延伸。2月下旬，日军开始频繁调兵，至4月，日军调集到黄河北岸第一线的部队有第12军的第37师团、第62师团和第110师团及四个独立旅团，在第二线集结的有第27师团和坦克第3师团，总计兵力约15万人，由华北方面军司令官冈村宁次指挥。作战的第一阶段以装甲兵、骑兵，配合空军支援，以开封市为中心，由北、东、南三面向豫中分进合击，将主力集结于黄河南岸；第二阶段，日军则沿平汉线南下，至郾城区附近迂回向西，围歼中国军队抗日战争第一战区部队主力，攻占洛阳市，打通平汉线。

1944年4月中旬，中国派遣军司令官畑俊六从南京市抵达汉口，又亲自主持对湖南省的作战计划。日军以第11军的11个师团为基干，加入华北与华面策应的大队，共计150个大队，总兵力约36.2万人，汽车3000余辆，飞机370余架，以第58师担任主攻部队，并提前进行攻坚战训练。为应对中美空军对军需运输交通线的控制权，日本还特别调遣了铁道、骤舟艇部队。战术上，为克制薛岳的“天炉战法”，日军设计出“两翼夹击，波浪式推进”的新战术。在具体的战略部署上，日军将兵力分成二线，第一线约5个师团，并列在华容县、岳州南部、崇阳县一带，于5月27日至28日开始发动攻势，围歼沅江市、益阳市附近及新墙河、汨罗江间中国军队；第二线以3个师团，部署在监利市、赤壁市和崇阳县一线，负责扫荡残兵及修补道路。突破罗江防线后，应准备进攻中国军队位于宁乡市、长沙市、浏阳的主要防线。突破浏阳一线后，以部分兵力急袭突进占领衡阳市。

为进犯桂柳，日本中国派遣军在武汉成立了第六方面军，以冈村宁次为司令官，指挥10余万兵力分进合击。日军以其在中国最精锐的野战军及第11军所属师团及战车、重炮联队，沿湘桂路向南进军桂林市，以驻粤第23军两个师团和一个旅团沿西江两岸推进，同时第23混成旅由雷州半岛北上，策应西江主力攻击柳州市，对桂、柳形成南北夹击态势，再以驻越南的南方军向北略取南宁，以摧毁桂林、柳州等地的美国空军基地，打通通往法属印度支那的道路，并捕捉消灭广西壮族自治区境内第四战区的国民党军。

1944年3月初，日军的集结引起国民政府的关注，当月中旬，蒋介石判断日军此次行动的目的是打通平汉线。担任黄河南岸防御的中国军队是由蒋鼎文、汤恩伯所辖的抗日战争第一战区，共18个军，总兵力约30万。在蒋介石的指示下，第一战区制定了在嵩山附近与日军决战的作战指导方案，准备先以河防部队阻敌渡河，如日军渡河成功，河防部队凭借许昌市、川、长葛市、新郑市、郑州市、荣阳一带据点狙击疲惫日军，同时汤恩伯部与第四集团军在登封、密县北侧构成守势阵地，在襄城、叶县、临汝、登封、密县、禹县地区构成攻势阵地，与日军在此进行决战。

守卫湖南省的第九战区共3个集团军，共计10个军30余师。豫中会战结束后，国民政府军委会判定日军必将向湖南的湘桂路、粤汉路发起进攻，指示第九战区积极备战，但第九战区司令官薛岳并未引起重视。直到5月下旬，日军在湘北大量集结兵力，囤积物资，日军第11军频繁调动时，第九战区才开始仓促调整部署。在对作决地点的判断上，第九战区内部也意见不一，第九战区参谋长赵子立主张在长沙市以南的衡阳城与日军决战；司令官薛岳却认为日军还是同前四次长沙会战一样，最终决定先在湘江东岸和湘江西岸节节阻击，消耗敌力，最后在长沙外围的渌江、涟水县北岸地区，与敌决战。为此，薛岳还再度启用前三次克敌制胜的法宝“天炉战法”。

日军未进攻广西壮族自治区之前，广西境内的中国军队只有第四战区，仅七个师约六万人。1944年7月，第四战区司令张发奎曾强令要求确保桂柳，并做出将现有兵力集中于桂、柳两据点的城防守备，依据坚固的设堡阵地和优势制空权进行持久防御的作战部署。1944年8月24日，蒋介石以国民党中央军事委员会的名义，要求日军大举侵桂时，第四战区以“主力死守全州县”，日军如深入桂林市附近，则调集军队“协力守军包围歼灭之”；第七战区除留一部固守梧州市并准备攻击沿西江西进之敌外，另准备以一部适时参加桂林决战；第九战区部队则积极夹击侧击进犯日军。此外，蒋介石又抽调了第46军、第27集团军的第20军、第26军、第37军、第62军、第79军进入广西壮族自治区，加强第四战区的兵力，并部署以第31、46两个军防守桂林市，以第62军防守柳州市，其余部队则集结桂柳外围地区作战。白崇禧为保存桂系实力，以“机动作战”、“攻势防御”、“依城野战”为借口，将防守桂林市的两个军调整为两个师，总兵力约10万人。第四战区指派第十六集团军副总司令韦云淞为桂林防守司令。

1944年4月17日晚，日军一部约3000人在开封市以西的中牟县一带强渡黄河，守备的国民党第28集团军暂编第27师小战失利，逐次收缩后撤。4月19日晨，日军先以炮兵向中牟邙山头的中国守军发起猛烈攻击，后又以2000余人的小部骑兵在飞机和毒气的掩护下突入邙山。国民党军第85军预11师阵地被毁，300余人牺牲，摩旗岭高地失守。

4月20日，日本成功占领连接平汉、陇海铁路两大干线的郑州。当天，另一部日军进抵和尚桥，切断了新郑市和许昌市之间的交通，并于次日在飞机的掩护下进占新郑，守军伤亡过半。此后，日军又先后攻下尉氏县、郑县、洧川、长葛市、荥阳市等地后，将下一个目标瞄准了密县，以防止中国军队集结反攻。在接连失败后，抗日战争第一战区副司令汤恩伯于4月22日发布电令调整部署，分兵两路，从南北两面包围中牟县及邙山的日军，在许昌、襄城县、禹县、密县间将其歼灭。命令发布的次日凌晨，密县在15000余名日军的夹击下失陷。两路日军在密县会合后，随即开始全力扩张。

1944年4月25日日军开始南侵。4月25日，日军10000余人，在战车和汽车的配合下，完成了对许昌市的包围。他们在距城西北30公里处掘壕固守，以截断国民党援军。而此时国民党军团驻守许昌的仅有不足2000人的新编第29师。

4月28日，许昌地区外围战打响。日军逐步扫除外围据点，并布置了近8000人的骑兵、20余门火炮、25辆坦克和200余辆汽车攻击襄城桥镇及楚须河右岸阵地，并与增援的国民党新42师、第29军、第193师、第20师及第91师各部展开激战。30日晨6时，日军以突击队、炮兵队、工兵队、预备队及师团直辖部队为主力开始攻城。中国守城的新编第29师依靠工事及地雷群，连续四次击退日军。下午5时，日军的12架战机从空中对许昌市进行轰炸，与此同时，日军突击小分队从许昌城西南角扯开了一条防线；下午7时，日军第37师团第225联队在突击队的掩护下，成功冲进许昌城的西门，紧接着，许昌城的南门也被坦克撞开，日军主力顺利进城，并与守军展开了将近6小时的巷战和肉搏战。5月1日凌晨2时，许昌失陷。国民党第29师师长吕公良阵亡，团长及以下军官伤亡三分之二以上，新编第29师几乎全军覆没。

以围歼汤恩伯军主力为目标的日军第12军主力，在攻占许昌市后开始向西迂回，攻击目标指向郏县地区的禹县和襄城县。5月2日，日军对禹县进行了包围，以国民革命军第二十九军第91师、第193师和第89军第20所为主力的30000余名守军在无量庙、蜘蛛山、楚河铺、应聘濂街一线以日军展开激战。在万余名日军和20余辆战车的攻击下，5月3日禹县失守。与此同时，日军也对襄城、郏县发起了猛攻，5月4日前后，襄城和郏县相继被日军所占领。

占领郏县后，日军第37师团、骑兵第4旅团向宝丰县、汝州市推进。临汝是汤恩伯计划与敌决战之地，并为此部署第47师、第85军、第13军担任临汝守备，第89军以主力开临汝。但除了第85军按计划到达了临汝以北的山地，其余师团部均被日军包围在禹县与临汝之间。而日军的装甲部队趁机继续沿临汝—白沙—龙门街—洛阳市的路线疾进。

5月5日，龙门山一带杨沟寨阵地被日军占领；7日，鲁山被占领，随即，抗日战争第一战区的储备基地下汤也被占领。守军不敢与日军直接对抗，稍一接触便退却或溃散，也使日军始终无法完成对汤恩伯部主力围歼的目的，此时中国军队多集中在洛阳一带。5月10日，华北方面军下达了“围歼第一战区军，进而攻击洛阳”的命令。

按日军最新的作战计划，第1军派出12个步兵大队组成天兵团，成功渡过黄河，随即分兵向渑池县、英豪进击，以截断陇海铁路，阻止驻扎在陕西省的中国军队支援洛阳市；而集结在洛阳、偃师区准备夹击日军的抗日战争第一战区主力部队在遭到东、西、南三面日军的夹击下，先后向洛河河谷和洛宁县方面退去，洛阳沦为孤城。

5月11日，日军对洛阳外围发动攻击，并于13日突进城城南角。中国军队退守至邙山南麓、史家屯一线；5月14日，日军发起总攻；三日后，中国守军的邙岭阵地被摧毁，中国军队再次退到岳村、史家沟、后沟一线；21日，日军对上清宫、史家沟发起猛攻，中国军队主力撤入洛阳城内。

5月23日，日军第12军司令官内山英太郎亲赴洛阳市，指挥攻城。次日，日军先以炮兵、飞机集中火力，向洛阳西南城墙及东北城角轰击，接着由步兵跟进突击。当天下午，洛阳西门、西北城角、东车站等相继告失。日军主力进入洛阳城。25日，日军凭借强大火力，在城内进行扫荡战，守军阵地悉数被破，各处通信断绝，残军由城墙东角撤出。5月25日晚8时，洛阳城被日军占领。

日军的目标是围歼抗日战争第一战区的主力，因此，在部署进占洛阳时，也计划由第12军主力追击败逃的中国守军。5月13日，日军兵分两路，分别瞄准洛阳市西面蒋鼎文所率的中国军队和位于嵩县的汤恩伯所率的中国军队。在接连的失败中，中国军队斗志已失，一遇见日军便不战而逃，致使宜阳县、韩城、洛宁县等先后失陷，集团军总司令李家钰等多名高级指挥军官牺牲。

5月中旬，中国国民党军队7个军在灵宝附近重新完成集结，并于5月27日率先发起反攻。在炮火的攻击下，以空军作配合，日军伤亡达三分之二以上，不得不退放弃灵宝市，退回到山西省境内。

5月24日，日军下达“湘桂作战”命令，随后与中美空军发生空战。5月27日晨，日军为三路进犯长沙市：中路由第68师团、第116师团强渡新墙河，并于6月15、16日接连攻克株洲市、湘潭市，进逼长沙；左路由第3师团、第13师团从南突破中国守军防线，于6月1日攻占平江县，进犯萍乡市、醴陵市；右路由第40师团从华容县南下，接连攻陷沅江市、益阳市，和左路完成了对长沙的包围。日军为保障进攻长沙的主力侧翼的安全，打算先攻占长沙两侧的宁乡市、浏阳，再进攻长沙。

国民党第58师师长张灵甫奉命赶往宁乡布防，第173团、第174团的一个营并师部迫击炮营的一个连担当宁乡县城防务。6月13日，第173团与日军在宁乡外围展开激战，在第173团的拼死抵抗下，日军四五千人的优势兵力并未发生作用。6月15日，张灵甫部与偷袭的日军发生对抗，并将日军逼回沩水。同日，宁乡城内也与日军开始交战，但因寡不敌众，宁乡城垣被攻破。在第173团和174团的协力合作下，虽守军伤亡惨重，但宁乡市一直未能攻陷，张灵甫在外的围击，迫使日军最终不得不放弃宁乡，转向湘乡市。

宁乡会战后，日军在第11军司令官横山勇的带领下，从东南两个方向向长沙市推进，中国守军还没来得及防范，就被逼后退。日军以扫雷艇和战机配合，冲破资江和湘江之间的封锁线，登陆后将国民党第24集团军阻止在宁乡和益阳市一带。长沙城被日军所包围。

担任长沙城守备任务的是薛岳的嫡系部队、张德能所率领的第4军。薛岳自以为第四次长沙大捷即将到来，遂在岳麓山设立了战斗指挥所。等到日军围攻长沙的态势明显后，薛岳却转移到长沙南面的朱亭，但他离去时，并没有确定防守长沙城的最高指挥官，是以第九战区代参谋长赵子立、第4军军长张德能和炮兵指挥官王若卿互不统属、互不相让，各自为政。

6月13日、14日，第34师团及第68师团接连出动十余架飞机，对长沙市东侧、岳麓山守军阵地和营房、城南守军军营进行狂轰烂炸，给守军造成了极大的伤亡。6月16日，横山勇下达了总攻命令，第34师团及第68师团志摩支队攻击岳麓山阵地，第58师团进攻长沙城区。日军第58师团攻城时，遭受了来自岳麓山高地和城内野战重炮、山炮和迫击炮的轰击，直到17日，攻击毫无进展。6月18日，在数十架飞机的轰炸与扫射下，日军攻占了中国守军的桃花山主阵地，并偷袭岳麓山顶成功，切断了长沙守军和岳麓山守军的联系，并策应第58师团进攻长沙城区。

岳麓山是全城的制高点，也是长沙市的一部分，拥有强大的炮火兵力，理应是防守重心。但张德能错误估计了日军的主力进攻方向，将两个师的兵力置于长沙城防。岳麓山危在旦夕时，张德能才反应过来，马上增兵岳麓山。但抽调命令过于匆促，守军疑为退却，不待接防部队到达就涌向江边，又无指挥人员，以致秩序混乱，局面一时失控，坠江溺亡者不下千余。渡过过去的部队也无人指挥，守军不但没有进入新阵地，反而向衡阳市方面溃逃。此时，日军已集中了4个师团投入到攻击长沙守军残余阵地的行列。6月18日，在轮番的轰炸、扫射和毒气的进攻下，守军全部溃败，余部仅4000人退往邵阳市。同日，长沙市失守。

日军占领长沙后，衡阳成为其下一个战略目标。衡阳位于湘江和耒水合流处，是粤汉、湘桂两条铁路的联结点，也是西南公路网的中心，衡阳的飞机场是中国东南空军基地和西南空军基地之间的中间联络站，也是粤汉线上最大的飞机场。衡阳一旦失守，将会加深大后方的经济危机，隔断东南与西南的联系，直接威胁到西南大后方。因此日军在攻取长沙的同时，即以炮兵、坦克、铁道部队快速向南推进，企图“乘敌战备未完成之际”，“以迫击的余威，一举攻进衡阳市”。

日军对衡阳誓在必得，中方也颇为重视。蒋介石为了防止日军奇袭衡阳，于5月30日电令“第10军以2师附暂54师固守衡阳，一师主力开涓水，一部开湘潭市，掩护湘潭衡阳之交通线”。时任第10军军长的方先觉接到命令后，即率预10师、190师共约17600余人于6月1日进驻衡阳，日夜赶修工事。6月23日，衡阳城内外的城防工事完工。长沙市失陷后，蒋介石又对作战部署进行了调整，决定“国军以阻敌深入，确保衡阳为目的，于禄口、衡山东西地区持久抵抗，以主力由醴陵市、浏阳向西，由宁乡市、益阳市向东，夹击深入之敌而击破之”，并再次重申“各师死守衡阳”。

1944年6月23日，日军第68师团、第116师团进抵衡阳市东南城郊，包围了衡阳。并于次日强行渡江，随即向衡阳机场进攻。与此同时，东西两路日军也在衡阳周围地区寻歼第九战区主力。6月24日，日第68师团强行渡江，遭到了守城部队的抵抗，由此揭开了衡阳会战的序幕。

当时，衡阳守城部队计有3个师、1个团，总兵力约为17500人，而日攻城部队则为5个师团。战斗一开始，日军就遇到了强烈的抵抗。第68师团松山支队于24日傍晚强行渡河后，以主力向衡阳机场进攻，在独立步兵第116大队的增援下，日军于6月26日成功占领了衡阳机场。

6月28日晨，日第68师团和116师团在炮火的掩护下，从西、西南、南、西北四面同时对衡阳城发起进攻。中国守军依托工事奋起抵抗，驻守停兵山和高岭的守军多次打退日军的进攻，最后全部壮烈牺牲，阵地失守。日第68师团在攻占了湘桂铁路南面的外围阵地后，该师团长遭到中国守军迫击炮的袭击，身受重伤，该师团暂停进攻。攻取衡阳西南高地的日第120联队于6月29日晚上发起夜袭，遭到惨败。日黑濑联队向守军阵地张家山发起进攻时，先以火炮轰炸守军阵地，后以步兵进攻，攻至半山腰时，突然遭到守军手榴弹的袭击，伤亡惨重。当晚，黑漱联队再度向张家山发动夜袭，在守军的拚死战斗下，黑漱联队损失巨大。至7月2日，日军第一线的攻城大队，伤亡不计其数，攻击“逐渐顿挫”，日军不得不于暂停进攻。

7月11日，日军在获得弹药和兵力补充后，第二次向衡阳城发起大规模的进攻。在这次攻击中，日军以空军和炮兵为配合，大量使用燃烧弹和毒气弹，对衡阳城外围阵地的据点、工事、战壕进行狂轰烂炸。在衡阳市南郊156高地的战斗中，守军两个营经过与日军十几次的搏杀，日军的冲锋部队几乎被消灭尽，守军全部牺牲。激战至20日，守军伤亡过半，衡阳市区三分之二的建筑成为了断墙残壁，数千名伤兵无遮身之所。日军同样付出了巨大的伤亡，战局再度陷入胶着状态。

二次进攻期间，中方也在组织衡阳城的解围战斗，但均被驻守在城外的日第13军击退。7月25日，蒋介石再次组织解围战斗，除令原有的第62军、79军等部向衡阳城增援外，又令第46军、国民革命军整编第七十四师一部投入战斗。第74军第58师占领衡阳市郊区的鸡窝山，离增援仅一步之遥时，74军副参谋长王耀东突然下令整军后撤。至7月29日，第二次解围战斗再度以失败告终。

为夺取衡阳，日军第11军司令官横山勇亲赴衡阳前线指挥攻城，并下令增调第58师团、第40师团及第13师团的一部分参加衡阳攻击战，又从长沙市运来三十六吨弹药，作为攻城部队的战略补充。8月4日，第三次进攻打响。8月5日至次日凌晨，经过一夜的战斗，日第58师团勉强攻占了守军前进部队的阵地。6日夜，58师团继续激进，并于7日拂晓突破小西门附近190师的阵地，攻入城内。横山勇命令所有的野战重炮、加农炮、榴弹炮全部轰击，空军全力协助，紧接着，日军步兵全线压上，从小西门不断涌入市区，与中国守军开始了巷战。战至8月7日，守军阵地逐渐被攻破，市区据点相继被日军所占。此时，中国的第三次解围战斗也告失败。8月7日夜，方先觉见大势已去，遂派参谋长孙鸣玉与日军谈判，停止抵抗。8月8日拂晓，衡阳在外无援兵，内无弹药的情况下落入敌手。

1944年8月底、9月初，日军在以湘桂路为主的两省边界地区攻城掠地，轻松占领祁阳市、零陵区及邵阳市（今邵阳市），后由湖南零陵向广西壮族自治区急进。这部分日军未遇大的抵抗即到达湘桂边境的黄沙河。9月14日，日军在击溃中国国民党守军第93军后，占领了桂东北地区门户全县。与此同时，日第3师团占领了湖南省南部地区的道县，日第11军的主力部队也随即推进到全县—道县一线，对桂林市形成了进逼的形势。

为策应日第11军，驻广东省的日第23军也于9月上旬分由西江下游和雷州半岛向广西进攻。9月22日，西上日军第104师团占领梧州市；9月23日，北进日军独立混成第23旅团占领容县。9月28日，西上和北进的日军同时攻占了丹竹机场和平南县城。至此，日军对桂林、柳州地区形成了南北夹击之势。

10月中旬，西江的日第22军继续向前进击。10月12日，其独立混成第23旅团攻陷桂平市。随后，第23军主力集结于江口、桂平一带，准备北上攻取柳州市。桂柳右侧背受到严重威胁。白崇禧、张发奎商议后，决定调集第四战区部队主力向桂平的日军发起反攻，试图先击退南面日军，再回头对付北面日军。10月21日，张发奎亲自指挥的反平桂战役打响。战役之初，国民党军复克桂平附近的重要据点蒙坪和马回岭。但随着日军反击兵力加强时，国民党军攻势逐渐衰减。10月29日，国民党军开始退却，日军第23军乘势追击，于11月3日占领武宣东乡和贵县。

桂平反攻的同时，日军第11军各部队于9月中旬占领全县、道县后，即集结于该两地附近休整，并逐步推进兵力。10月1日，日第58师团攻占兴安，21日攻陷了灵川。10月26日，日军发出攻占桂林、柳州的命令后，日第11军随即以第34师团主力固守全县，其余部队则迅即向桂林挺进。日第3师团在相继占领平乐、荔浦后，进抵修仁隘路口附近，日第37师团则攻占下恭城、领阳，打通了进攻桂林的通道。随后而至的日第58师团进至桂林北郊，日第34师团逼近桂林西北郊，日第40师进抵桂林东面的江东岸地区，日第13师在占领苏桥坪后，切断了桂林通柳州的退路，并于3日占领了永福。至此，日第11军完成了对桂林四面合围的部署。

而此时，在桂林市外围抗击日军的国民党军队，因敌众我寡，加上日军各部相互策应，齐头并进，国民党军终被各个击破，外围防线被突破，桂林成了一座孤城。

防守桂林的部队以第31军的第131师、第46军的170师、第79军的一个步兵团为主力，总兵力约两万余人。11月4日夜，日军以北门和江东岸地区为重点，正式进攻桂林。日第40师团采用逐山攻打的战术，先后攻陷穿山、猫儿山、屏风山、普陀山等据点。11月7日上午，日军攻下七星岩预部。至此，江东岸地区已全部被日军占领。

日第40师团于11月9日强渡漓江，在守军的猛烈射击下，日236联队成功渡江，并占领了中正桥桥头堡，突入市区盐街一带。9日拂晓，日第11军向桂林市发起总攻。晨5时许，日军先炮轰市区，随后步兵从东、南、西、北各面向市内进攻。战争持续了一天，在守军的奋勇抵抗下，日军并无太大进展。9日傍晚，城防司令韦云淞因日军的攻势而动摇，决定趁夜弃城突围。当天黄昏，韦云淞带领一批官兵向城西突围，却被日军封锁在猴山隘，第31军参谋长吕族蒙和许多官兵中弹牺牲。韦云淞侥幸逃出。没有了指挥，守军们各自为战。战至10日中午，由于众寡悬殊，北门终被日军攻破，双方展开了巷战肉搏。直至下午5时左右，守军不敌，桂林市沦陷。

在日军第11军主力围攻桂林的时候，其第3、13两师团鉴于桂林守军兵力有限，临时改变了围攻桂林的计划，转而向柳州市进攻。柳州守军第26军军长丁治磐部稍作抵抗便弃城逃走。11月10日，在日第3、13师团和第23军104师团的合力攻击下，柳州沦陷。

桂、柳相继沦陷后，第四战区的国民党军纷纷向广西壮族自治区西北部和贵州省南部撤退。日军派遣第3、13两师团各一部追击沿桂黔公路败退的国民党军。这支日军于11月14日占领宜山，11月21日占领金城江，次日占领思恩和河池，11月28日占领南丹，然后突破广西壮族自治区境进入贵州，又于12月2日攻占下独山、八寨。国民党政府慌忙调集大军到贵州堵截。后因日军战线过长，兵力不足、消耗过大，退至河池以南地区固守。

为了彻底打通“大陆交通线”，日军第23军派其第22师团和独立混成第23旅团进攻南宁市。11月24日，南宁被日军占领。12月10日，南宁日军与由越南思乐北上的日军在绥禄（今东门）会师。至此，日军在形式上完成了其打通大陆交通线的作战目的。

豫湘桂战役自1944年4月17日开始，12月10日结束，历时8个月，中国国民党军队在这场战役中损失60余万兵力，丢失了146座城市，失去了衡阳市、永州市、邵阳市、桂林市、柳州市、丹竹、南宁等7个空军基地和36个机场，总计损失国土面积20余万平方公里，使6000万中国人民陷入日本的统治之下，导致贵州告急、重庆吃紧。

而日军则向前推进了2000公里，侵占了河南省、湖南省、广西壮族自治区等省的大片地区，形式上完成了打通大陆交通线的作战计划。实际上，由于国共两党军队对日军的进袭和干扰，中美空军则依托西南的机场，仍控制着中国上空的制空权，继续对日军予以打击。而日军由于战线拉长，兵力损耗，在战略上反处于被动不利的地位，在整个中国战场上陷入了困境。

1944年初，中国国民党陆军部队共有321个步兵师，总兵力实额约为460万人，豫湘桂战役中，国民党兵力损失6、70万之多，约占总兵力数的百分之十五左右；弹药损失达两万数千吨，武器数千吨，相当于40个师以上的装备。再加上日本侵占了大片土地，切断了苏皖、浙赣、粤赣等省之间的联系，大后方的抗战基地大大缩小。为了弥补兵力损失，未沦陷地区的征丁负担明显加重，以四川省一省为例，1944年的征丁数相较于1943年，增加了5万余人，使中原地区抗战形势更加严峻。

豫湘桂战役的失利还使国民政府财政收入所依赖的田赋遭到巨大损失，据统计，1944年和1945年田赋征实数额减少了11%。随着沦陷区法币的大量流入，国统区的通货膨胀愈加严重。据中国国民党政府统计，国统区多种货品物价指数，1941年12月100，1943年6月上升至613，1944年6月上升至1057，1944年12月上升至3220，造成了社会的惶惑不安。

豫中会战失利后，出于对自身的战略利益的考虑，美国加强了对国民党的压力，美国总统富兰克林·罗斯福还提出由约瑟夫·史迪威指挥全部中国军队和在华美国军队的建议，蒋介石当时以虚与为蛇的态度加以拒绝。衡阳失守后，罗斯福复致电蒋介石，再次重申史迪威统率中国军队的重要性。9月19日，罗斯福向中国国民党发出最后通牒，要求“必须立即委任约瑟夫·史迪威，授以全权指挥中国全部军队”。尽管美国最终让步撤换史迪威，但是豫湘桂战役会战失利，导致国民党在美国面前丧失话语权，美国对国民党的支持大打折扣，进一步影响了中国正面战场的局势。

豫湘桂战役失利后，地方势力及中间党派均认为是一党专政的结果，纷纷提出扩大地方职权、建立联合政府的要求，有利于抗日后期统一战线的形成。如四川省地方势力代表刘文辉就曾于1944年于8月1日发表了“加强团结，挽救当前难关”的主张，提出“今天不只是要各党派，各军队的团结，而且也要加强中央与地方、政府与人民的团结”。1944年9月24日，各党派、各阶层在国民参政会议上要求改组政府，实行联合政府。10月10日，改组后的中国民主同盟发表了《对抗战最后阶段的政治主张》，提出立即结束一党专政，建立各党派联合政府的政治主张。

中国国民党领导蒋介石评价长沙会战的失利，认为是革命军有史以来最痛心、最耻辱的一件事。

国民党高级将领蒋鼎文在《中原会战溃败原因之检讨报告》中认为战争的失败，一方面固由于绝对少数不肖士兵不守纪律，扰及闾阎，而行政缺乏基础、未能配合军事实为主因。

国民党第九战区代司令长官薛岳在长衡会战失利后，认为盖谋事在人，于所预期者，往往出意料外，斯为憾耳。

国民政府国防部部长白崇禧在桂柳战役失利后评价道，以质量差，我兵力不如敌，就数量而言，也不较敌为多，故难望有多少表现。

三将军纪念碑位于桂林七星公园普陀山博望坪，是为纪念在1944年桂林会战中牺牲的阙维雍、陈济桓、吕游蒙三位将军所修筑的碑。三将军纪念碑于1987年10月修复。

1947年3月，为纪念衡阳市军民在豫湘桂战役中的英勇行为，经衡阳人民政府提请，国民政府最高当局批准，在当年抗战主阵地和岳屏山上兴建衡阳抗战纪念城塔。10月，由衡阳市政府在岳屏山顶奠基修建，次年4月落成。纪念城塔由牌坊、纪念亭、纪念塔组成，主建筑纪念塔塔基形似八角亭，塔身为长方体，塔高17米，正面刻有蒋介石所题“衡阳抗战纪念城”7个大字，国民政府军政要员及社会贤达21人也分别在21块石碑上题词。