由于国民军事委员会蒋委员长再三强调衡阳必守，第九战区司令官薛岳也不得不做出一些举措，来应对上峰的责难。薛岳左思右想后便安排第十军老军长李玉堂来负责协调处理第十军外援力量的布防问题，并将第十、第四十六、第六十二，三个军的指挥权交到李玉堂手中。这样一来，守护衡阳的重任就转嫁到了第十军的老首长李玉堂的身上。薛岳则变成了甩手掌柜，静观其变，自得其乐。

    此时李玉堂虽然已经升任为第二十七集团军副总司令，但是在集团军内部依旧有许多人不买他的帐。更何况李玉堂与薛岳两人早在第二次长沙会战结束时就已心存芥蒂。薛岳派系的人自然不会对李玉堂惟命是从。这就为以后第十军的救援工作埋下了极大的隐患。

    长沙第二次会战时，军委会将第十军调归第九战区直辖，并拟令该军担负长沙防务。但第九战区司令长官薛岳为了在金井至粤汉铁路东西之线与日军展开决战，便先行命令第十军开赴高桥、金井、福临铺一线构筑防御工事。李玉堂接到命令抵达既定阵地后，将军部定在剑山将军坝。匆忙布置好防御工事后的第二天，第十军便先后遭到日军第三师团主力、第六师团和第四十师团各一部的猛烈进攻，经过两昼夜的激战后，第十军的福临铺、金井阵地先后被日寇突破。第十军所属第三师损失惨重，第一九零师副师长赖传湘殉国。李玉堂被迫放弃阵地率部撤往捞刀河以南的榔梨市收容整顿。随后将收容后的第十军部署在长沙外围的东山、浏阳河、捞刀河一线，利用地理优势阻击日军四昼夜，终于坚持到援军赶至，将日寇击退。战后，战区长官部（薛岳等人）追究第十军丢失金井防线的责任，李玉堂遭到撤职处分并调到战区长官部。

    李玉堂被撤职的消息传开后立即遭到第十军全体官兵的强烈抗议，他们一致认为第十军在第二次长沙会战中是有功的部队，就算得不到嘉奖，也不应该把他们的军长撤职。另一方面，接到第十军军长委任状的钟彬在了解到第十军的现状以及同情黄埔一期老同学遭遇的情况下，借故推迟上任时间，使得第十军好一段时间没有军长指挥。

    直到日军集结重兵发动第三次长沙会战，而负责长沙警备任务的第十军依旧没有军长。于是第九战区司令长官薛岳不得不让仍住在长沙的李玉堂复出，承担起指挥第十军的责任。

    李玉堂自从被撤职后，感到第九战区长官部薛岳等人对他的不公，虽然第十军刚上战场就被日军突破阵地，但是最终还是在长沙外围挡住了日军的进攻。此番惨遭撤职，在众位同僚面前颜面丢尽，是怎么也想不通的，于是他在没有办理完交接手续的情况就回家闭门谢客了。

    薛岳数次请李玉堂复出，可是李玉堂并不买这位战区司令长官的面子，不为所动。直到蒋介石亲自给李玉堂通电话后，才使得李玉堂重新接过指挥第十军防守长沙的担子。

    十分凑巧的是，当时蒋介石给李玉堂打电话的内容几乎与劝诫方先觉就任第十军军长的内容如出一辙。

    蒋介石询问电话线那一头的李玉堂：“你是第十军军长李玉堂么？”

    李玉堂立正回答道：“报告委座，是的！”

    蒋介石继续问道：“你是黄埔一期的学生么？”

    李玉堂答道：“报告校长，是的！”

    蒋介石便放下心来，说道：“那好了，那么长沙就交给你了。”说完就挂断了电话。正是因为蒋介石的寥寥数语，方才化解了李玉堂心中的所有委屈和抱怨，坚定了李玉堂死守长沙的决心。

    为了显示自己顽强的作战意志，李玉堂特意在制定了保卫长沙的作战计划之后，召开新闻发布会公开表示愿与长沙城共存亡。

    正是因为这种置之死地而后生的决死信念，当日军第三师团集中优势兵力，猛攻长沙时，遭到了第十军官兵的奋勇抗击。第十军所属三个师的师长皆离开指挥所亲临前线，第三师师长周庆祥在天心阁、第一九零师师长朱岳在兴汉门、预备第十师师长方先觉在南门督战。

    当时日军第十一军司令官阿南惟畿在投入第六师团参战后仍无进展，长沙外围的国军又相继进入反攻，阿南惟畿不得不下令撤退。后撤的日军沿途又遭到各路国军的阻击以及第十军的追击，日军高级将领多人负伤，中国军队取得了抗战史上闻名中外的第三次长沙大捷。

    会战结束后，军委会向第十军颁发了“泰山军”的荣誉称号，其所属三个师也分别颁授了“荣誉”旗。李玉堂因功被提升为第二十七集团军副总司令，并被国民政府授予青天白日勋章，成为了该勋章的第九十五位获得者。

    正因为李玉堂与第十军的渊源颇深，李玉堂才临危受命接过了这个几乎可以算得上是难以完成的任务。由于此次衡阳保卫战的成败不仅关系到蒋介石的个人政治生涯，还关系到自己下属数万兄弟的生死存亡，因此李玉堂不得不谨慎对待，仔细布局。

    随着日军的攻城大军不断向衡阳城区靠拢，李玉堂亲自在三塘(衡阳西南约6公里)召集第十军、第六十二军(奉令由广东开抵衡阳南郊)的高级指挥官参加战前联席会议，抵达会议现场的有第十军军长方先觉、参谋长孙鸣玉，第六十二军军长黄涛、副军长练惕生、参谋长张深、第一五一师师长林伟俦、第一五七师师长李宏达等人。会议研究了当前敌情和双方兵力部署，决定依照原定计划仍由第十军独守衡阳，第六十二军担任外围作战。

    方先觉知道六十二军是由广东各地出发入湘的粤系骨干力量。原本第六十二军隶属余汉谋第七战区建制，担任第七战区总预备队任务，驻扎在粤北翁源、英德、青塘一带整训待命。与第十军相同的是，第六十二军也接到过接受美式装备的命令，但是直到官兵们组训完毕也未曾看到美械装备的身影。由于日军发动“投号”作战甚是迅猛，行军速度极快，为了增加方先觉独守衡阳城的信心，蒋介石电令第七战区司令官余汉谋调第六十二军开赴衡阳三塘集结待命。

    对于蒋介石的安排布置，六十二军军长黄涛也是有些想法的。当黄涛率部抵达湘桂铁路线衡阳车站司令部时，故意向湘桂铁路线车站司令赵光斗抱怨道：“我们六十二军这次来是流血流汗，出命出人，为第十军夺功的。”

    这句话很快就传到了方先觉的耳中，方先觉不动声色的在战前联席会议上提出第六十二军在头塘、三塘布防太过靠近城郊，担心日寇狮子大开口，将第六十二军与第十军一同围住，遂建议六十二军主力集结于五塘、六塘附近，肩负起外围打击敌人的作用。这样的布置正合黄涛心意，于是经过一番简单的讨论后方先觉的建议便获得通过。第六十二军遂于六月二十四日，集结于六塘至谭子山一线，执行外围支援的任务。

    除第六十二军驰援衡阳郊区之外，衡（阳）宝（庆）公路方面亦有第一百军（军长李天霞）、第七十九军（军长王甲本）、第七十四军（军长施中诚）、第二十六军（军长丁治磐）等部在第二十四集团军总司令王耀武的指挥下伺机而动。

    但是由于各部援军在第九战区司令长官薛岳、第七战区司令长官余汉谋、军事委员会副总参谋长白崇禧等人的言传身教之下，均不乐意将死守衡阳的重担挑到自己的肩膀上来，各自都打着如何减少自己部队伤亡，全身而退的主意。

    虽然蒋介石再三叮嘱各位党国要员大战之前务需精诚团结，而且反复强调衡阳保卫战胜利之重要性。可是从实际效果上来看，蒋介石的三令五申不过是在国民党高层的耳边刮起了一阵清风而已，这些话从他们左边耳朵进去在脑子里过了一遍后又原原本本的从右边耳朵里面出来了。

    所以看起来衡阳周边都是些颇有一战之力的友军，其实不过是些摇旗呐喊，壮壮胆色声威的稻草人而已，吓吓没有智商的小动物还可以，要是用来抵御日寇的百战雄狮，无异于痴人说梦。