日军八万一千余人，俘虏日伪军一万三千余人，缴获各类轻重火炮五十六门、轻重枪械六万余支，缴获弹药、军需物资无数。
此役彻底全歼横山勇投入湘南战场的围城精锐重兵，一举粉碎日军一号作战计划中抢占衡阳、打通粤汉铁路南段、贯通中南战场的核心战略图谋，彻底扭转湘南战局。
大捷战报火速传回重庆，军委会即刻下发嘉奖电令，通令全军褒奖第五十一集团军与死守孤城、浴血拼杀的第十军，大批粮食、弹药、被服、医疗补给物资星夜南下，源源不断补充前线各部，犒赏有功将士、抚恤伤亡官兵。
作为第五十一集团军直接上司的李振华也从宜昌给五十一集团军的将士们发去嘉奖令，同时也让王元奎安置好部队的伤员和阵亡将士。
战后防务迅速交接，薛岳率第九战区的其他主力部队就地进驻衡阳全城，接管城防、安抚流离百姓、整治城垣秩序，持续清剿散落乡间的日军游兵散勇，彻底肃清境内残敌。
第五十一集团军各部经过短暂休整、补充兵力之后，全军士气高涨、兵锋再指西南，整装挺进湘南边境，蓄势进军桂北，阻击日军残余兵力向广西纵深进犯，持续扩大湘南大捷战果，为后续西南战场的全面反攻筑牢坚实根基。
衡阳光复的硝烟缓缓散尽，惨烈四十余日的衡阳保卫战终以我军完胜落幕，动荡数月的湘南战局彻底尘埃落定。
苍翠的衡山余脉环抱衡阳城郊，断壁残垣的城池内外依旧残留着炮火灼烧的焦痕，空气中尚未散尽硝烟气息。第五十一集团军主力就地驻扎衡阳外围村落与野战营地，开启为期十二日的紧急休整整补。经历衡阳血战的全军将士虽满身疲惫、伤痕累累，却尽数褪去了连日鏖战的颓态，取而代之的是浴血决胜后的铁血锐气与昂扬士气。
此战之后，部队战损缺口得以快速补齐。湘南大地饱受日寇蹂躏，百姓同仇敌忾、踊跃从军，各地爱国青年成群结队奔赴军营；此前会战中被打散的国军溃兵、散落各地的地方游击武装纷纷归建整编，经过严格筛选与整训后悉数归入战斗序列，补足了一线作战兵员的损耗。
与此同时，重庆国民政府的后勤补给线全力打通，大批美制步枪、轻重机枪、
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