号作战”计划中的第二阶段湘桂会战的作战计划，日军第十一军中路进攻部队中的日军第六十八师团和日军第一百一十六师团，由于之前没有参加对长沙的进攻作战，所以，此次这两个师团的部队将担任攻击占领衡阳的任务。
日军第十一军左翼的日军第三师团和日军第十三师团则是从浏阳出发，南下向醴陵、萍乡方向攻击前进，负责保护中路进攻的日军第六十八师团和第一百一十六师团的左侧翼安全，日军第四十师团在夺取宁乡后，继续南下湘乡，并派出一部分部队协助中路的进攻。
在长沙城被日军第十一军的进攻部队占领后，经过两天的研究，在六月二十日，华夏政府军委会决心死守衡阳，阻止日军第十一军的进攻部队继续深入，同时，在日军第十一军两翼的华夏部队则北上出击，切断日军第十一军进攻部队的后方补给通道。
六月二十日，华夏政府军委会向华夏政府第九战区司令部下达了作战命令，命令中以华夏政府第三十集团军第二十六军、第五十八军、第72军，以及第二十七集团军第二十军、第四十四军负责击破醴陵方向日军第十一军的左翼两个师团。
命令以第三十七军、暂编第二军和第三师防守衡山，以第二十四集团军的一部防守湘乡，另以主力部队向汨罗江的日军第十一军进攻部队的身后发起攻击，以切断日军第十一军进攻部队的后路，以华夏政府第十军和暂编第五十四师负责守备衡阳。
日军第十一军司令官横山勇中将通过日军飞机的空中侦察，已经获悉华夏政府第九战区已经将重兵集结在了东、西两线，于是，日军第十一军司令官横山勇中将便把南下攻击的兵力也向华夏政府第九战区部队所在的地区集结，准备借此机会歼灭华夏政府第九战区的主力部队。