以衡陽戰況危急，特督令戰車部隊急進增援，並電方先覺軍長告以“援軍明日必到衡陽，決不延誤”。不料於下午三時突接空軍電話，轉報方先覺軍長率同參謀長孫鳴玉，師長周慶祥、葛先方、容有略、饒少偉等來電稱：“敵人今晨由城北突入以後即在城內展開巷戰，我官兵傷亡殆盡，刻再無兵可資堵擊。職等誓以一死報黨國，勉盡軍人天職，決不負鈞座平生教育之至意，此電恐為最後一電，來生再見。”閱後憂心如焚。旋於四時許據衡陽電臺報稱“情勢暫時轉佳”。至五時後又報稱“在混戰中”。繼又報稱“敵炮在猛攻中”。迄黃昏時據空軍偵察回報：“城西北角似有戰事，其他符號則仍指向西南，表示敵正進攻中雲。”研判後自記曰：“綜合各報，城北一部雖被敵攻破，但其範圍未曾擴大，尚非絕望之局，只有督促援軍，明白能如期急進，以勢論之，此次戰車之參戰，應可如期成功也。”是夜起床禱告凡三次幾未入眠也。
8月7日，日軍再次猛攻，在守軍的英勇反擊下寸步難行，日軍無奈，準備延緩戰鬥，暫停攻擊。
是日下午3日時，方先覺向蔣介石發去電報如下：
“敵人今晨由城北突入以後，即在城內展開巷戰，我官兵傷亡殆盡，刻再無兵可資堵擊。職等誓到一死報黨國，勉盡軍人天職，決不負鈞座平生教育之至意。此電恐為最後一電，來生再見。”
方先覺發完電報後，便決心自戕，當手槍對準太陽穴之刻，被兩個副官打落在地上。蔣在這危急關頭，不積極派兵增援，卻在“當天夜晚，三度向上帝禱告”。
當日(7日)晚，方先覺接到蔣介石覆電，電文只是：“祝上帝保佑你們”國民黨中央訓練團黨政班畢業通訊處給何應欽的電報，中國第二歷史檔案館藏。。此時，衡陽守軍三師天馬山陣地前豎起了白旗，向敵人乞降。軍長方先覺見了蔣介石的覆電，感到援救解圍無望，結束有組織的抵抗。方先覺力盡被俘，但三個星期之後，自衡陽脫逃，回到重慶。這是後話。
8月8日，衡陽陷落。
衡陽攻防戰，是抗戰後期最大的一次戰爭，日軍雖然攻陷其城，但實則受到了很大打擊。
方先覺帶全軍投敵的三個星期後，隻身逃脫，經芷江回到重慶。蔣介石對這個投敵叛國的將軍非但不予罰處，反而像看到自己孩子回到身邊一樣，非常高興地說：“回來了!好!好!我每天在為你祈禱，希望你也崇信上帝。……”談話後，還留下共進午餐。當然，這都是後話了。
以衡陽會戰守軍苦鬥至此歷時凡四十七晝夜，故於凌晨四時即起默禱能轉危為安。至五時猶得衡陽電訊，距十五分鐘之後中斷，自此即絕不復通矣!旋於十時許接獲空軍偵察報告：“衡陽城內已不見人跡。”於是乃確知衡陽已陷矣。因自記所感曰：“悲痛之切實為從來所未有也。”
日文資料證實迄至8月7日國民黨軍隊之抵抗仍極頑強。但當日第五十八師團已攻入市區，向湘江西岸挺進中。城西及西南之戰線仍在附廓高地。至薄暮時炮兵觀測所報告發現“白旗出現於敵陣地”。第六十八師團亦報告午後五時之後“師團正面森林高地重慶軍陣地白旗翻飛”。不久軍使亦來。右翼隊長第五十八旅團長太田貞昌少將奉師團長命告軍使須方中將親來。夜半第六十八師團長堤三樹男中將會見方先覺中將接受投降，同時投降者為第十軍之師長四人。在大西門附近集結之“重慶兵”則有“數千人”。在此期間日炮兵仍向衡陽射擊。第五十八師團則繼續佔領衡陽市街。
與蔣介石所獲報告符合。
古屋奎二編撰《蔣介石祕錄》時曾在臺北訪問方先覺(原文未注日期，但應在1973年或1974年)。方說：“8月7日下午向蔣委員長髮出電報之後便決心自戕。當手槍對準太陽穴之際，被兩個副官打落地上。翌晨有自稱為日軍第十一軍使者的竹內參謀來接洽停戰。當即告訴他：我們絕對沒有投降之意。同時提出：(一)保證生存官兵安全，並讓他們休息。(二)收容傷兵，並鄭重埋葬陣亡官兵等條件。竹內說：‘中**勇敢作戰的情形，不僅在此地的日軍就連日本天皇和大本營都已有所聞。’特地表示敬意，並對我方的條件完全同意。而日本記錄說我們投降，甚至有說是舉行了投降儀式是絕對錯誤的。我以軍人的名譽發誓沒有那回事。”
他說到當時戰場情形，似和上述條件符合。他所說竹內參謀，則第十一軍司令部有情報參謀名竹內實孝少佐。以下是方的解釋，括號亦照《中央日報》的翻譯本所錄：“由於長期作戰，醫藥品和食品缺乏，極感困苦。沒有止血藥劑、沒有繃帶，負傷官兵的傷口有發炎生蛆的現象。本來可以救治的官兵，很多都死亡了。我們給予敵人的打擊也非常之大(據日本資料，是役日軍傷亡一萬九千三百八十人)，每天可以望到敵陣在舉行火葬的煙焰。整個衡陽城被死屍臭氣所籠罩，實在是很悲慘。
如餘健在一日，則國家必有一日之前途。**雖有國際之背景與陰狠之奸謀，彼亦必有終無出路之一日，不可過於憂慮，只須忍辱待機，若至不得已時，唯有以快刀斬亂麻處之。否則餘若一經悲觀憂世，甚至存一死以報國之念，則國家人民必淪胥以亡，徒使**與敵寇之陰謀得逞已耳。能不自勉乎哉!何況今日處境雖惡劣萬分，而較之十五年至三十年之間之情勢，猶勝多矣，唯在我能自求、自反、自主、自強耳。
這段日記有好幾點值得注意：首先他已數年不稱**為“匪”，現在又重用“**”之名目，這不能與美國政府因史迪威強迫他與**合作無關。次之他叮嚀自己不要一死報國。他剛囑方先覺抱“一死報國之決心以赴之”，而自己則反其道而行，如何說得過去？他所說乃是基於他自己的地位，一死報國易而忍辱待機難。照文字看來他甚至業已經過一死報國之衝動，雖說這衝動至何程度，很難設想。總之蔣介石給自己鼓勵慰勉的文字經常重複的出現於日記，而叮嚀不要一死報國只此一次，已可見得1944年8月，他的情緒激動非常。再次之他說及“15年至30年間”，應指民國15年至民國30年之間，亦即1926年至1941年，乃北伐開始至抗戰已4年，而太平洋戰事尚未展開之前。當時中國的高層機構經常面臨生死問題，現在的困難，最多不過榮辱問題。自此看來他對美國的援助始終曾未忘懷。他雖說過“最後獨立作戰之打算”也仍不過是給自己的鞭策，並不能立即實施，“自求、自反、自主、自強”只算是一種抽象的觀念，並未構成具體之計劃。又即在此兵敗之際，蔣對他部下精神上之領導的力量仍有十分自信，是以“如餘健在一日，則國家必有一日之前途”。證之抗戰期間之百般困難的情形，此說並非全部虛構，即衡陽戰役亦曾顯示此精神因素。只是承擔艱危之時日愈久，此種因素之功效愈微。
倭外相重光宣稱：不僅不與中**隊為敵，而且不與中國政府為敵。倭寇至今日而作此宣告，豈非已後悔莫及乎？
小磯內閣在8月19日舉行的“最高戰爭指導會議”上，對戰局進行了檢討。其結論為：預料在8月之後，日本本土將遭到大規模空襲，戰局趨於“重大化”。因此決定對蘇聯進行“中立工作”，對華進行“和平工作”的方針。這是為了集中全力適應即將威脅到日本本土的對美戰爭，於是希望和蘇聯拉手，與****。而並非“後悔莫及!”
“不與中**隊為敵，而且不與中國政府為敵”不過是一個煙霧彈，而蔣氏一時卻被它迷住了眼睛。
綜核其(赫爾利)談話大意，羅斯福總統所囑代達者，並非羅斯福有何事要求餘來做，而乃是聽取餘要其所做之事來做雲。且語氣甚為懇摯，與往日美員所表現者完全不同。
7月23日，蔣介石向羅斯福提出三個條件：
(一)**軍隊不得接受史迪威的指揮，除非**接受中央政府領導。
(二)對於史迪威在同本人(蔣介石)的關係中的地位應當明確規定界限。
(三)租借法案援助的物資完全要由他來掌管。
其實，蔣介石在與羅斯福玩弄拖延戰術，他是無論如何也不會把軍隊交給史迪威的，更何況史是一個過去經常冒犯他的人。
8月18日，美國總統羅斯福派遣赫爾利以總統私人代表身份來華協商史迪威指揮權問題。
赫爾利是羅斯福最為信任的軍事外交官，曾任陸軍部長、少將軍銜。他此行，途經蘇聯，和莫洛托夫外長會談；然後赴印度新德里，和史迪威晤商後，即偕史迪威同機於9月6日抵達重慶。
赫爾利自稱來華使命主要是：“我奉羅斯福總統指示，防止國民黨政府垮臺並使中**隊繼續戰爭。從戰略上和外交上兩種觀點看，上面所說的成為我們的主要目標。其次是調和中美機構及美國駐重慶大使調和中國政府間的關係。”
9月7日，他再次向蔣介石強調說明羅斯福派他來華的目的是“維護中國國民政府的鞏固，擁護委員長是中國的領袖。”
此時，國際形勢發生鉅變，希特勒崩潰在即，日本的敗局已定，美國已不再強調蔣介石的對日作戰，而側重於鞏固蔣介石的統治，以便在戰後作為美國控制亞洲和太平洋的基地。
儘管蔣介石已經明瞭美國的用意，但他依然以“深思熟慮”為理由敷衍著赫爾利。一直到9月12日的會談中，才初步達成如下協議：
(一)史迪威的職務名稱為：中華民國陸空軍前敵總司令。
(二)其職責範圍為：受最高統帥(委員長)之命令，商承軍事委員會之同意，指揮中國陸空軍對日作戰。作戰計劃之製成，須經軍事委員會之核議。對於所轄部隊，有依據中華民國法令執行獎懲任免之權。
除關於**軍隊之使用問題及租借物資分配手續尚待協議外，關於史迪威的指揮權問題總算有了個結論。