擊前進。
擊退衡陽南郊之敵後，繼續尾追潰退的日軍，向衡陽火車西站突擊。
但不久就遇到日軍400來人的密集反沖鋒，既而又有一股100多日軍和一股數十人的密集側攻，但均被國軍擊退。
國軍453團第1、第3營和471團第1營均殺入衡陽火車西站及其附近民宅中。
隻見日軍遺屍甚多，其中有不少為日軍軍官。
國軍在日軍遺屍上搜獲手槍、軍刀、望遠鏡軍用地圖等戰利品甚多，武器彈藥則難以記數。
從日軍日記中發現該敵為日軍第116師團一部。
一問當地居民，原來此處為日軍一個聯隊指揮部。
日軍進駐後就不讓居民接近。
其實不是日軍地116師團，而是日軍的第40師團之第234聯隊。
林師長當即派第453團第1營副營長萬天寶少校率領幾個精幹士兵同衡陽守軍第10軍去取聯系。
在通過一大片稻田時，被對面的日軍守衛部隊阻擊，受傷而歸，未能如願。
當日，黃濤軍長随即将該軍進展情況電告軍委會。
蔣委員長馬上命令空軍前往掩護，并傳令嘉獎：“第62軍迅速挺進衡陽近郊西站，着即傳令嘉獎，盼即再接再厲，以解衡陽之圍……”
此後，從7月31日至8月2日一連三天，第62軍分别在雨母山、頭塘、衡陽火車西站等處與日軍打援部隊第40師團發生劇烈戰鬥。
戰況呈白熱化狀态，交戰雙方多處展開白刃格鬥，經過反複肉搏戰争奪戰。
第470團1營營長林志文陣亡，第471團團長丁克堅犧牲，雨母山陣地失守，援軍第62軍損失巨大，遭優勢日軍圍攻，自身難保。
此時，日軍集中所有的攻城炮兵集中火力猛烈炮擊火車西站方面的國軍。
中國空軍亦臨空助陣，但隻是快快扔完炸彈即急速離開，未能協同步兵作戰。
而每當國軍飛機來時則日軍大炮停止射擊，國軍第62軍即發起沖鋒；當國軍飛機一離開，則日軍又發起瘋狂反撲。
戰鬥于是成拉鋸狀态。
而援軍亦未與城内的第10軍聯系上，達成配合作戰态勢，以至解圍未成。