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解放军控制。

与此同时，解放军西进的第四十六军于8日占领衡阳、耒阳，歼敌3000余人。第四十六军第一三七师于10月6日渡过铆水，追击由衡山逃至衡阳之敌，第四一一团与敌第五十八军第二六五师在霞流至茶山坳地段展开激战，经一天多的激烈拼杀，敌第二六五师溃逃以耒河西岸，大部窜逃到湘江西岸的衡阳市区内。10月7日中午，第四一一团先头部队已进击到耒河东岸。7日下午，逼近衡阳市外围，第四一一团副团长秦治国壮烈牺牲，被埋葬在茶山坳一个朝向衡阳的山坡上。在衡宝战役中，中国人民解放军仅阵亡团级指挥员两人，秦治国烈士即是其中的一个。

第四十六军主力到达湘江岸边后，经一夜渡江准备，8日凌晨即兵分几路强渡湘江。一路趁黎明前的暗夜在江岸的猛烈炮火掩护下，突然强渡过江，进占了衡阳发电厂；一路沿湘桂铁路大桥，向西岸强攻，守桥之敌见攻击部队来势凶猛，弃桥向城南逃窜。当第四十六军打过铁桥时，敌第二六五师已闻风离城远逃。衡阳仍有守备部队和警察部队全部包围，全歼约300余人。8日上午，向衡阳发起进攻，至当日下午，衡阳这座湖南省第二大城市及有名的战略要地，被中国人民解放军第四十六军第一三七师一举攻克，宣告解放。

第四十六军一部兵力继续西进，攻占了衡阳至祁阳之间湘桂路两侧地区，解放军第二野战军第十八军亦先后解放郴县、桂阳、常宁等城镇，该军于湘南稍作休整后，仍归属第二野战军建制。正在开进中的第五兵团，也改向湘西开进，准备参加湘鄂西和入川解放西南的作战。

正当衡宝地区解放军连战告捷之际，湘西北地区的中国人民解放军第四十七军主力于14日对盘踞在湘鄂边境山区的宋希濂部第一二二军奋起攻击，歼灭其军部和第二一七师，击溃敌第三四五、三四六师，活捉第一二二军军长张绍勋，第二一七师师长谢淑周主动放下武器投降，歼敌4300余人。16日解放了大庸、桑植等县城，有力地保障了衡宝地区解放军侧翼的安全，掩护了第二野战军主力向湘西地区的开进和集结。

从9月13日开始的衡宝战役，于10月13日胜利结束，人民解放军共歼敌第七军、第一〇〇军、第一二二军三个军部，第一七一、第一七二、第一七六、第二一七、第六十二师等五个整师，第一三八、第十、第六十三、第三四五、第一九七师和独二师等一部，敌新八军独一师残部投降，共4．75万余人；俘敌中将军长等将官18名；缴获各种火炮402门，汽车