衡阳失守后，为防止日军沿铁路西进，中国军队在衡阳以西的洪桥一带，构建了湘桂铁路正面防御线。在这一防御线上，施中诚的第七十四军被部署于邵阳（旧称宝庆），所属第五十七师在到达邵阳后，立即择要构筑工事并积极进行整补。
日军第十一军同样对兵员和武器进行了大量补充，但缺额仍然很大，比如第四十师团原有十二门山炮，如今只剩下六门可用。尽管如此，横山勇却并没有暂停作战的打算。他主要是考虑到，中方增援衡阳的各部队仍然保持着战略进攻的态势，实际已对日军形成U形包围圈。如果不及时予以歼灭，这些军队不仅会趁机夺回衡阳，而且还将从湘江两岸切断日军的背后联络线。果真如此，势必对第十一军构成很大威胁。
横山勇决定继续发动洪桥会战，以便包围歼灭聚集在洪桥的中国军队。对他的想法，“中国派遣军”一开始就表示反对，理由是衡阳之战令第十一军元气大伤，各部队的战斗力尚未完全恢复，不宜连续作战，而且在后勤部队推进不理想的情况下，前线补给也难以跟上。
日军在长衡会战乃至整个“一号作战”中面临的最大困难之一，就是补给线漫长，必须时时加以巩固。中国军队也发现，日军前线部队每向前推进约一百公里，就必须停留几天，以等待后勤部队送来补给。
“中国派遣军”的顾虑不是没有道理，但是和常德会战时一样，横山勇及其幕僚对上司的指示做了选择性忽视。8月29日，在完成对部队的调整、补充和休整之后，日军第十一军下达了进攻洪桥的命令。
当天，日军第十一军给“中国派遣军”总部发去一封电报，先斩后奏地报告了洪桥会战的部署情况，并声明他们还将突破洪桥这一作战区域，正式进入湘桂作战的第一期。
湘桂作战也就是“一号作战”中，除豫中会战、长衡会战的最后一个阶段——桂柳会战，第一期计划是直接攻取零陵和邵阳。可是按照“中国派遣军”的原计划，该行动至少要在半个月之后才能展开。现在部属未经同意就将战役提前了这么长时间，令司令部感到很是震惊。
总参谋长后宫淳中将亲自向第十一军发来电报，认为即便要发动洪桥会战，也应视为桂柳会战的准备，而不是开始，因此要暂缓攻取零陵和邵阳。
南京的电报在日军第十一军司令部内引起了争论。这次就连横山勇本人都犹豫起来，因为电报上说得很清楚，若是他一意孤行，再遇到后勤方面的困难，总部就只能做撒手掌柜——“第十一军首先必须靠自身推进后方”。
司令部里与南京总部唱反调的人，只剩下高级参谋岛贯武治大佐。岛贯是长衡会战中日方作战计划的主要制定者，他坚持任务第一，强调洪桥会战已经开始，今后究竟打到哪里，要看敌情如何，不能总部说什么就是什么。
战局的变化，最终让岛贯在论战中取得了胜利。8月31日，在第十一军发起进攻后仅仅两天，洪桥正面的中国军队即发生全面动摇。在此情况下，虽然“中国派遣军”对洪桥会战仍抱有微词，但也只得予以默认。
横山勇发动洪桥会战的胃口不小，他起初是要从洪桥的西北部实现突破，将中方各兵团一个不留，全部予以分割围歼。对日军第十一军能够集结如此多的兵力，不停顿地发动会战，中方确实没有料到，可是问题最后还是出在第十一军自己身上：因为仓促启动，缺乏必要的战略欺骗，各部队都摆着包围姿态直捅捅地朝洪桥进兵，这等于提前给中国军队报了警，通知他们要赶紧后撤。
预定的围歼战变成了追击战，急得岛贯直跺脚，他在日记中写道：“敌之退却，恐因我军企图暴露。”
日军急于扩大成果，前线战况也因此愈演愈烈。慌乱之下，很多中国军队已不是撤退，是溃退，其中第七十九军更是连军部都遭到日军第四十师团骑兵的突袭，军长王甲本不幸阵亡。
扼守邵阳的七十四军乃是横山勇要予以歼灭的重点目标。至8月31日，五十一师、五十八师与日军第四十师团先头部队已激战达两天之久，双方均伤亡惨重。9月1日，日军第四十师团主力陆续到达，攻势更为猛烈。紧张关头，五十一师又被调到其他方向堵击西进日军，邵阳以东的防守阵地上只剩下五十八师。
从当时的态势来看，五十八师与敌人鏖战的时间拖得越久，危险性也就越大，但如果转身就撤，可能遭受的损失更大。七十四军为此制定的策略是，以五十八师逐次使用预设阵地进行阻击，在消耗日军兵力的同时，为五十七师完成邵阳城的守备赢得时间。
9月6日，日军攻克零陵，但第四十师团一直未能够突破邵阳外围，其后该师团被调往桂柳战场，替换进攻的是日军第三十七师团。
9月11日，五十七师完成守备部署，伤亡过半的五十八师除留下小部队迟滞敌人前进外，主力撤往邵阳以西。
这时日军已将进攻重点集中于桂、柳地区，9月14日，日军第十一军攻陷了广西全州。军司令官横山勇在自得之余，也感到必须清除自身后方存在的隐患——第七十四军扼守的邵阳处于衡阳西北，对衡阳以及湘桂铁路沿线始终是一个严重威胁。
横山勇对第一一六师团下达命令，要求对担任主攻的日军第三十七师团进行策应。该师团随即奉令占据邵阳西南附近河岸，然后向邵阳以西及西北迂回，企图切断守军向西北的退路。
假如邵阳四面被围，守军就会遭遇常德、衡阳保卫战的复辙，即守不住时想撤都撤不出来。王耀武因此调回了五十一师，该师奉令与五十八师、五十七师一六九团一起在邵阳以西构筑小据点守备，不让日军第一一六师团对邵阳形成合围。
处于这种严密警戒之下，日军只能先从东面对邵阳城进行突破。