8月8日黄昏时分，仍在顽强抵抗的第10军岳屏山阵地枪声渐渐稀疏，预10师28团团长曾京上校在参谋长孙鸣玉的劝说和命令下，痛哭着扔下手枪。本来他已下定决心与阵地共存亡，但此时他不得不服从命令，28团残存的一百多个士兵最后放下了武器。
放下武器的第10军官兵们被日军驱赶着到衡阳汽车西站集中。这些疲惫不堪、伤痕累累的士兵互相搀扶着，在日军士兵的刺刀下屈辱地一步步走向集中地。这时，天空中传来机群的轰鸣声，中美联合空军的机群出现在衡阳上空。飞行员们默默地合上投弹钮上的保险，机群带弹在衡阳上空盘旋几周，久久地不忍离去。
整整激战了47天的衡阳城终于安静下来，惨烈的衡阳保卫战降下了帷幕。是役，国民革命第10军伤亡15000人，其中阵亡6000余人。
而日军战史中关于衡阳之战的伤亡总数很模糊，只是公布了自衡阳开战以始6月23日至7月20日，即第二次总攻结束为止的伤亡数字：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。到整个衡阳之战结束后，日军再也没有发布其部的伤亡数字。
几十年以后，一位日本学者经多方查阅史料，得出一个比较令人信服的结论：在1944年6月23日至8月8日长达47天的衡阳之战中，日本军人死亡近2万人，负伤者近6万人，以京都、大阪人为主的两个师团遭到毁灭性打击。中日军人的伤亡比例为13。
日军第11军高级参谋岛贯大佐在日记里写道：“8月8日。一、上午8时攻克衡阳。二、力攻40余天，虽说时机已经成熟，却是一场竭尽力的战斗。三、只晚了一天，敌机械化兵团就出现了，我军部队面对前来解围的敌军，多少有些动摇，战争的胜负，诚然在于最后的五分钟。如固守衡阳之敌誓死决一死战，或将出现‘英帕尔’[2]
的结局。”
8月7日下午3时，蒋介石收到方先觉的最后一电。他忧心如焚，寝食不安，每时每刻都在焦急中等候空军的侦察报告。
5个小时以后，空军飞行员报告：“城仍在混战中。”
8月8日凌晨，蒋介石4时便起了床，他默默地在耶稣像前祷告，盼望着第10军能转危为安。
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