九月上旬，休整了数天并补充了大批作战物资后，衡阳地区的国民军第十师和第一混成旅联合桂军第十三师发起了第二轮衡阳战役，此次战役以第十师为主力，第一混成旅从东部配合，向衡阳核心防御地区挺进，而西部则是由桂军之第十三师负责&战役发起后进展较第一次衡阳战役迅速，九月三号第十师就集中兵力率先击浪北洋军之防御主力第七旅下属一团，不过随后向衡阳地区挺进的过程中，桂军之第十三师一团遭遇北洋军反击溃败，乾第十三师形成整体后撤，造成西面战线寸步不能进，西线不进反对，也让南部战线的第十师受到了乾，侧翼被北洋军所所谓，不得已之下第十师重新调整了进攻方向，承邓一部分西线战事，帮助桂军第十三师获得重整的时间，而这个变动也是拖延了第二次衡阳战役的进展
九月八号，国民军之第一混成旅历尽半个月激战后终于击浪部署在湘江东部区域的湖南第三师，迫使湖南第三师向北撤退到数据衡阳数十里外的大浦镇，然而战役时间拖的太长，加上并没有重创湖南第三师，只是击退了而已，湖南第三师撤退到大浦后依旧保持了一定的战斗力，使得第一混成旅快速攻占衡东的战役企图就落空了，于是第一混成旅干脆就放弃了进攻衡东，而是寻找机会直接度过湘江，切断衡阳北洋军的退路
九月十三号，俞绍瀛的第十师再一次发动进攻，依靠兵力优势再一次击溃北洋军一部分的兵力，这个时候西部方向的桂军第十三师也是从之前的打击中恢复了过来，在西部方向发起了配合进攻
第十师汇集主力在衡阳城区内和北洋军主力激战，随后攻占衡阳城区，北洋军第七旅残部向北撤退，湖南省陆军第二师一部分被桂军第十三师纠缠住了，剩下一部分则是被第十师纠缠赚第一混成旅试图渡江切断北洋军退路，但是被湖南省陆军第三师所牵制而未能完成，导致让北洋军第七旅和一部分湖南省陆军向北撤退，不过此时湘江西岸北逃的北洋军和湘军加在一起也不足五千之数了小说阅<~138~~看书~~网~>
此役虽然没能够做到和巢湖战役一样围歼敌军主力，而且耗时很长，整整持续了将近一个月的时间才拿了下来，不过战果也算不鞋湖南南部地区的两个湖南省陆军和一个北洋军第七旅以及数千其他湖南省杂牌部队几乎被歼灭了半数，北洋军嫡系的第四师之第七旅只剩下一千多人北逃，另外一起北逃的还有三千多湖南省杂牌军唯一保持了较为完整编制的只剩下一个湖南省陆军第三师，而湖南省陆军第二师可以说已经是被成建制的消灭加上之前的国民军在梓州发动的战役桂军在永州发动的战役，几乎是扫平了湖南南部的北洋军以及湖南省南部的本地军阀势力，包括杀伤，俘虏投降在内一共取得了至少歼灭敌北洋军三千余人，敌湖南省陆军一万余人的战果
由于湖南方向只是次要战超加上统帅部对拿下湖南也没有急迫的时间要求，并没有给林成坤的第四军定下很急的时间限制，所以第四军在湖南战役中一直保持了很必的作战方式，进展虽然不大，也没有一局定乾坤的大决