部队因分散和过于突出而遭敌袭击，以及准备诱敌北进，予以聚歼。乃于10月5日上午令各部队暂停前进，立即着手集中兵力，调整部署，查明情况；
同时还令西路军由会同、黔阳东进至宝庆、祁阳地区（今祁东县境内）参战；令第四十六军加速向耒阳逼近，从右侧钳制敌人；
令第二野战军第十八军越过粤汉路向常宁、祁阳（今祁东）挺进，阻止敌人渡过湘江；令战役总预备队第二野战军第五兵团第十六、十七军向渣江地区前进，准备参加衡宝决战。
10月5日10时，当第四野战军司令部电令中路军停止前进时，第四十五军先头部队第一三五师正在前进途中，未接到此命令，仍继续向南挺进，当夜于金兰、水东江之间乘隙越过衡宝公路插入敌后，进至沙坪、灵官殿地区，等于在敌人心脏安上一颗钉子。
解放军抓住这一有利情况，一面电令第一三五师占据有利地形，控制要点，构成环形防御，准备抗击敌人进攻，当敌人退却时，坚决堵击敌人，以争取时间；一面命令正面各部队做好攻击准备，待命发起攻击。
白崇禧发现解放军第一三五师对其整个部署构成了严重威胁，大为恐慌，乃于6日集中了近五个师的兵力向第一三五师各团阵地连续猛攻，企图一举围歼，由于第一三五师占据有利地形，英勇奋战，故敌人数次进攻均被击退。
这时，解放军西路军、东路军已分别突破敌之“湘粤联合防线”的西、东两翼。老奸巨猾的白崇禧见解放军东西两路大军将要迂回到他的侧后，正面又有大兵压阵，加上第一三五师楔入其心脏，堵住了他的退路，感到在衡宝线上不宜恋战，慌忙收缩兵力准备退守新宁、零陵、新田、嘉禾、连县一线。同时，令其第七军、第四十六军主力由宝庆、祁阳向武冈前进，企图打击解放军东进之西路军的先头部队，掩护其正面部队撤退之左侧安全，衡宝线仅留第十四军第十师、第六十二师等部队于桃花坪、邵阳间警戒，掩护主力撤退。
7日零时，白崇禧主力开始全面退却。
10月7日5时，解放军获悉敌已经退却，当即组织正面五个军、13个师实施全线追歼，并令第一三五师在敌人退逃路上占领要地堵击、侧击，迟滞南逃之敌；令西路军迅速东进，占领武冈、黄金一线，截击西窜之敌；
令第四十六军向衡阳、耒阳急进；
令第十八军向常宁、祁阳方向兼程前进，截击南退之敌。
敌主力第七军、第四十八军等部四个师在解放军第一三五师英勇顽强堵击和侧击下，被迟滞了一天之久，从而使解放军尾随、平行追击的各部队于8日拂晓前在湘桂路北之牛头江、石株桥、黄土铺、灵官殿一线追上了退却之敌。
9日拂晓，解放军第一三五师进行反击，占领了黄土铺西侧官家咀一带阵地，堵住了敌人南逃的通道。此时，解放军担任左右两翼迂回的第四十军、第四十一军主力也分别插到白地市及其东北地区和文明铺及其西北地区，切断了敌西窜、南逃的退路；
至9日晚，与北面之第四十五军、第四十九军主力完成了对敌第七军、第四十八军主力的合围。这时，敌第十一兵团等部曾一度停止南撤，企图回援被围之敌，后见形势不利，未敢回头北进。
9日夜，敌第七军军部被解放军第一三五师击溃，敌军失去指挥，内部混乱。
10日，解放军集中第四十军、第四十一军、第四十五军、第四十九军等四个军共13个师的兵力，对被围之敌发起总攻，以北、东、西三面展开有重点的向心攻击，并集中3个师由北向南实施主要突击，一举突破敌一七六师的防御，乘胜向敌纵深穿插分割，围歼敌人。在解放军强大的攻势下，白崇禧部队溃不成军，纷纷缴械投降。残敌一部溃入松山堂、玉峰山的深山之中。
当晚，细雨蒙蒙，秋风萧瑟，解放军各部指战员忍着连续几昼夜行军作战的疲劳和饥饿，在高山密林中冒雨搜剿残敌，活捉了敌七军副军长凌云上等八名少将军官。经两昼夜激战，至11日下午，白崇禧起家的精锐部队第七军军部及第一七一师、第一七二师和第四十八军之第一七六师被歼，计29890人。
当解放军主力在衡宝地区围歼白崇禧主力四个师时，西路军疾速东进，挺进武冈。
10日，第三十九军第一五二师攻占武冈城，歼敌第十四军留守处、第六十三师一个团、湘南保安第五团等部2000余人。第三十八军先头第一一四师向宝庆急进，宝庆守敌第十四军第六十二师率三个团及警卫营于9日弃城西逃。
11日，第一四五师解放宝庆。12日，敌第六十二师在石下江地区被解放军第三十八军、第三十九军各一部和向西尾追的第四十九军第一四七师围住。
13日，第六十二师师长夏日长率全师官兵5000余人，自愿放下武器起义，并迫敌新编第八军独立第一师在石下江以西地区投降。
14日，第一一二师占领城步。敌人其余部队迅速向广西境内撤退。至此，邵阳以西至芷江一线完全为