日军第11军的伤亡与国军第10军的情况惊人地相似。日军在战后的战史中破天荒地较接近事实地记录了第二次总攻后日军的伤亡情况。
“我军再度发起总攻之后，除和上次一样，仅夺得极少部分阵地之外，依然无所进展，而伤亡却更惨重。两师团之原任大队长所剩无几；大部分之步兵队已变成由士官代理大队长，勉强支撑战斗之残局。第二次总攻，又有联队长一名、大队长六名相继阵亡；而攻击之前途却仍不乐观。于是攻击再度停止。”
这是一份非常难得的史料，日军第一次坦承失败的真实情况。总个与衡阳保卫战有关的日军战史是日军整个一号作战时期最特殊最难得的一个部分，这在日军历史都是十分罕见的。战史记录者笔调沮丧。足见国军第10军英勇的战斗和辉煌的战绩，极大地打击了日军的狂妄气焰和不可一世的心态。的确证明：日军千里决胜的一号作战的迷梦，差一点就在衡阳这个中华民族的文化古城的城头破灭。
日军一个大队相当于国军的一个加强营。“大队长所剩无几”，“且大部分的步兵大队已变成为由士官代表大队长”的程度。足见日军军官伤亡之惨重。大队长以下还有中队长、小队长，这两级军官都伤亡完后才会有由士官代理大队长的现象出现。由此可见，衡阳战斗中日军已不是以牺牲士兵为代价，而是以整个大队、整个联队、整个旅团甚至师团、军队的命运为代价了。要不然，何以有如此大量军官、特别是高军阶的军官的伤亡呢！
从军官的伤亡可以看出士兵的伤亡，从士兵的伤亡足见战斗之惨烈。日军的战史奇怪地绕过整个衡阳之战的伤亡总数，只是公布了自衡阳开战以始至7月20日，即第二次总攻结束为止的伤亡情况：总计日军伤亡人数为19286人，其中军官为798人；伤亡总数中战死的为3860人，军官战死的为264人。而到整个衡阳战役结束，日军却如何也不发布其全部的伤亡情况。
但仅从日军已经公布的伤亡人数来看，足以可以看出日军已大大改变了其一贯的做法。对比半年多前的常德战役，日军公布阵亡为1503人，而公布中国遗尸3。54万具，以这样高于其20倍的伤亡比例，才能维持日军的自信心和士气与战斗力。维如此，方可理解7月20日公布的伤亡数字出现在日军战史中，正是因为衡阳战役的空前残酷与惨烈，迫使日军军史无法按其常规来记录和公布。
上世纪80年代初，日本访华团多次来衡阳祭奠日军战死人员。日本友人和田丈夫在其撰写的《难忘的湘江之行》一书中有这样的纪实文字：“在这场战争中，日本军人大约战死了2万多名，受伤者将近6万人，以京都、大阪人为中心的两个师团几乎遭到毁灭性的打击。”其中还提到“中国方面伤亡士兵仅为日军的三分之一。”书中还透露在日本国内将衡阳之战与日军其他两次著名败仗相提并论，那就是发生在同一年的印度“英帕儿”之战与1943年太平洋战场上的“卡达尔卡纳尔群岛之战”。认为这三次失败“都是日本陆军高级指挥官无能和参谋们的冷酷无情大暴露的典型战法”。
第二次总攻顿挫之后，日军的进攻心态受到极大打击。一号作战所呼唤起来的强大精神动力急速衰落，士气一时极度低落。日军大本营极为不满，中国派遣军极感不安。两天后日本国内传来地震般的消息，东条英机内阁宣布倒台。这标志着日本陆军实力派组阁的失败。
塞班岛的失陷，美军已经取得直接攻打日本本土的跳板。面对如此险峻的国内政治形势和太平洋战场急转直下的战局，日本中国派遣军司令官畑俊六深深忧虑衡阳战局，再如此缓慢地发展下去，恐怕国内高层会中指一号作战。要真是那样的话，岂不前功尽弃？为此，他一面加紧调派生力军和军需物资支援第11军，一面严令横山勇必须亲临衡阳前线督战。如果第11军近几天内还攻不下衡阳城，横山勇必须切腹以谢天皇！
衡阳危在旦夕。方先觉不得不连连急电各方求援。
本来早在衡阳开战之前，担任衡阳外围作战的，在湘桂铁路方面有第62军黄涛部，归第27集团军副总司令李玉堂指挥；在衡阳至宝庆（即今邵阳）公路方面有第100军李天霞部、第74军施中诚部，归第24集团军总司令王耀武指挥。以上各军随时准备增援第10军，解围衡阳。
第62军原属第七战区余汉谋司令长官节制，担任该战区总预备队，驻守在粤北山区翁源、英德、青塘一带整训待命。自1943年9月起，该军受命准备接受美式装备，即派副师长以上军官赴印度兰姆迦美军训练处受训；派连长以上军官轮流到桂林“东南干部训练团”美军训练处受训，学习使用美军武器和各兵种联合作战的指挥方法。但直到1944年5月仍不见美式装备运到。这时长衡会战开始，前线告急。蒋委员长电令余汉谋调第62军迅速开赴衡阳三塘附近集结待命。