四野司令部很快获悉这一情报。林彪很振奋，看到消灭白崇禧部队的机会到了。他考虑到“目前我第一线兵力不够优势”，为了诱敌深入，在4日深夜已发电部署的基础上于5日上午再发电报，令萧劲光、程子华及第十二、第十三兵团所属各军“原地停止待命”，“集结兵力进行充分的攻击准备，然后待命攻击。”同时命令正在芷江地区扩张战果的西路军转向宝庆、祁阳地区迂回，第十八军沿粤汉路向北攻击。为贯彻野司这一意图，萧劲光也于5日上午两次电令中路军各部，充分做好大会战的各项准备工作，既要防止“敌人可能集中力量向我作局部进攻……拟定好防敌反击的战斗方案”，又要制定好“敌人撤退时的追击部署……严密监视，抓住敌人，使之无法逃脱，即令逃跑时，亦能进行及时穷追”。
接到以上命令的中路军各部，便停驻在衡宝线以北地区，一边追剿残敌，一边待命攻击。由于强行军途中没有收到野司和兵团“原地停止待命”的电令，第四十五军的第一三五师（师长丁盛、政委韦祖珍）仍按原定部署日夜兼程，攻击前进。结果，他们从敌军的间隙中穿过，急行军一百六十多里，于5日深夜，冒雨越过了衡宝公路。
当第一三五师与兵团、军部沟通联络时，先头部队已深深插入敌军腹部，进至佘田桥正南的沙坪、灵官殿地区。收到前线电报，萧劲光大步跨到地图前，心头一震：他们独自闯入敌群了！解沛然，指挥所在场人员都屏住呼吸，一起凝望着地图。萧劲光了解丁盛，也了解第一三五师。他们能钻，能拼，是有战斗力的。不过，现在也太凶险了。他沉思了一下，坚定地说：“既然进去了，索兴将计就计，搅它个天翻地覆！”遂立即致电第一三五师，告诉野司总的部署，并嘱：你们应坚守阵地，打出声威，勇敢地抗击、截击敌人。要采取灵活机动的战术，处置各种情况，消灭敌人，保存自己。
第一三五师的突然出现，威胁着敌人的整个部署。解放军到来如此之神速，是白崇禧所没有料到的，对解放军兵力数量、意图，他也一时也无法搞清。白崇禧慌了。他急忙调集第七、第四十八军等部五个师，向第一三五师各团阵地猛烈攻击。丁盛知道已身陷危境，进退均不易，遂指挥部队不惜一切代价抢占有利地势。双方激战一天，第一三五师抢占了各山头、隘口，匆匆赶来的白崇禧部队渐渐不支。是时，狡猾的白崇禧获悉程子华率领的西路军正向东疾进，担心持续纠缠拖延下去腹背受敌，遂慌忙改变作战计划，立即收缩兵力，命其主力第七军、第四十八军掉头向武冈方向攻击前进，为大部队撤往广西创造时机。
第七军、第四十八军都是白崇禧集团的主力、“王牌”，特别是第七军，是“七七”事变后桂系组建最早的一个军，装备精良，部队战场经验丰富，深受白崇禧宠爱和器重。官兵们也自命不凡，狂傲地自诩为“钢七军”。抵达衡宝地区后，他们趾高气扬地到处张贴标语，宣称“钢军硬，八路不敢碰一碰！”解放军官兵们一直非常窝火。听说要与第七军决战，中路军各部官兵个个摩拳擦掌，发誓“非把七军砸成一摊烂泥不可！”
10月6日，白崇禧部队开始全线撤退！萧劲光抓住时机，紧急发电报，一面命第四十六军主力越过湘江，向衡阳、耒阳前进，第十八军加速向零陵方向发展，同时令担负正面攻击的4个军12个师，全线出击，追歼逃敌。此后几天里，解放军各部官兵个个奋勇当先，与敌人展开了作风、速度、毅力大比拼。特别是第一三五师，面对数倍敌人的重重包围，师长丁盛毫无惧色。他明白：“狭路相逢勇者胜”。遂大胆率部左冲右突，一路拼杀，到处堵截、打击敌人。一连几天，他们时而被围，时而被攻，敌人今天出现在他们前头，明天尾追在他们后头。有天晚上，第一三五师与敌人连续周旋几天刚想宿营，突然发现竟与敌人同住在了一个村里。于是立即操枪开火，又打起来。由于第一三五师插入敌后，打乱了白崇禧的部署，迟滞了敌人的行动，白部西逃南下的退路均被切断。他的第七军第一七一、一七二、一七六、一三八等四个师，被尾追和两翼迂回的解放军部队压缩、合围在黄土铺、严家殿一带方圆不足50平方公里的地域内。
获悉白部主力四个师被围，萧劲光喜上眉梢：“无论如何不能让‘小诸葛’再跑掉！”于是他火速调整部署，调动前线部队，集中向被围的白军发起攻击。
在这同时，中路军原先担负助攻任务的第四十六军，迅速扫清了衡阳外围各点的敌人，于7日解放耒阳，8日解放衡阳，部队在阖城群众的热烈欢迎下进入市区。
9日中午，在解放军的围攻中夺路南逃的白部第七军及其直属队，逃至祈东县的黄土铺西部，被正在这里部署战斗的第一三五师堵个正着。该师一个团一边向上级报告，一边组织部队截击。部队飞跑四五公里，将敌人拦住，随即以猛虎扑羊之势发起冲锋，瞬间把敌第七军军部和直属队截为数段。在出其不意的打击下，敌人陷入一片混乱。解放军的另一个团在北面不远的鹿门前，将第七军的第一七二师截住。
至时，中路军第四十一军主力已迂回推进到这一地区，切断了敌人西逃的退路。接着，第四十五军主力和第四十九军的一个师尾敌追击也到达这里。为了彻底消灭被围之敌，萧劲光又下令，命已到达洪桥地区的第四十军从东面迂回上去。这个军的第一一九师昼夜追赶，忍着饥渴翻过30多里的五峰山，在泥泞的道路上奔跑了160多里，终于在9日傍晚赶到了铁塘桥、杨家岭一带，抢得有利地势，截住了妄图从东面突围的敌人。
当天下午，祁东黄土铺西战斗异常激烈。战至晚上8时，为白崇禧扛大旗的敌第七军军部，及包括警卫营、通信营、工兵营、运输营等在内的军直属队被全部歼灭。
军部指挥机关被打掉了，随同南逃的四个师失去了统一指挥，越发慌乱起来。
10日黎明，围歼战斗打响。萧劲光组织了第十二兵团8个师的兵力，对被包围的敌人发起总攻击。3个师由北向南，2个师由西向东，3个师由东南向西北。连续奔波拼杀一个月、疲惫已极的官兵们听到冲锋号声，个个若下山猛虎，冲向敌阵。初始，不甘灭亡的白部官兵还顽强抵抗，后来发觉越打解放军越多，于是惊恐起来，便节节败退。激战一整天，第十二兵团官兵们忍着饥饿、冒着细雨，连夜在深山密林中搜剿被打散的敌军。翌日天刚亮，当地群众就翻山越岭送来开水、米饭和红薯。而同样来不及吃饭、喝水的白崇禧部队，却水米无着，至时已溃不成军。继续激战至11日中午，白部第七军4个师除一三八师1个团借有利地势仓皇逃出外，其余近3万人悉数被歼。第七军副军长凌云上、参谋长邓达芝及第一七一、一七二、一七六师的师长、副师长等八名将官作了俘虏。望着放下武器的大批俘虏，第十二兵团官兵一片欢呼：“什么‘钢七军’？纯粹玻璃军！”
赫赫有名的“钢七军”成了“一堆烂泥”。解放军官兵们多少天的疲劳一扫而光。
接下来，协同西路军东进的第四十九军一部、留守湘西的第四十七军也分别歼灭了宝庆逃敌和宋希濂部等国民党军，总计达一万余人。这样，从9月13日西路军南下芷江到10月16日宋希濂一部被歼，衡宝战役历时33天胜利结束。其间，萧劲光率领的中路军和程子华率领的西路军，以伤亡4千余人的代价歼敌4.7万多人。
衡宝战役解放了湘南和湘西大部地区，是进军中南以来第一个重大战役。这一战役虽然没能全歼白崇禧集团，但打掉了他的“王牌”、“主力中的主力”。“小诸葛”的“本钱”不仅更小了，且余部都成了惊弓之鸟。在不久发起的广西战役中，便悉数被歼。白崇禧也不得不像一个输光的赌徒，于海南岛狼狈地登上飞机，无可奈何地去了台湾。
中央军委对此战非常满意，对萧劲光在第一线的指挥，特别对所部第一三五师师长丁盛陷入重围而不慌，敢打敢拼的表现，尤其满意。若干年后，毛泽东还清楚地记得衡宝战场上的第一三五师，笑称丁盛为“丁大胆”。第四野战军和第十二兵团司令部，都颁发通令嘉奖了有功部队。
据说熟读兵书、可背诵《孙子兵法》的白崇禧到台湾后，一直对衡宝之战耿耿于怀。认为自己最大的失误是信用陈明仁，等等，如果怎样怎样，“历史将是另一个样子”。以此看，“小诸葛”有点“事后诸葛”。他不明白，历史是铁铸的，没有“如果”。大厦将倾，独木难支。少数人的“殊死斗争”是无济于事的。这就是历史，正道沧桑。