战斗首先在醴陵南端的泗汾地区展开，激战一整天，正面攻击部队遭到何键部的顽强抵抗，没有取得成效。
到了深夜，张发奎来到薛岳团部，商量对策，摊开作战地图，两人研究了一番。
薛岳说：摸夜营是我的拿手好戏，不如我带一支尖刀营上去。
张发奎说：不可鲁莽。
要干就干得漂亮点。
你看这样行不行？你带一支队伍由右面高地迂回前行，包围何键的湘军，断他的后路。
我带两个团从正面进攻，包他的饺子。
薛岳说：真是妙计！薛岳依计而行，从自己的团中挑选了一支精锐部队，配备了充足的弹药，神不知鬼不觉地绕过右面高地，摸掉敌的哨兵，占领了渌水桥，迅速用火力控制了桥的南面。
一切就绪，薛岳朝天打响了三颗红色信号弹。
张发奎见信号弹升起，知道包围圈已形成，立即发动全线总攻击。
霎时间，枪炮声、喊杀声一片。
薛岳端着机枪，带着敢死队冲杀在最前面。
何键部队多面受攻，难以抵挡，全线动摇，终于大败而溃逃。
第四军大获全胜，缴获甚多，长驱直入，进至平江，一路都没有遭遇抵抗。
与此同时，友军也频频告捷。
第十五军在占领湘潭后，于6月5日进入长沙。
6月8日，白崇禧率第七军占领岳阳，前锋进入湖北，克复武汉已是指日可待。
然而，人算不如天算。
此时战争出现变故。
在这次作战中，桂军中，黄绍竑的桂军一部因在后方剿匪，没有跟李宗仁、白崇禧、张发奎的队伍一起前进，出发时间稍晚了一些，两部之间便出现了空档。
蒋介石听说长沙被攻占后，急电广东的陈济棠、陈铭枢派兵北上，合击张桂联军。
陈济棠迅速派蒋光鼐、蔡廷锴部从韶关沿粤汉铁路北上，于6月10日乘虚抢占衡阳，把桂军前锋和后队截为两段。
黄绍竑见自己的兵力单薄，一时不能将衡阳夺回，即用电报与前方李、白商量，希望他们回师先击败衡阳粤军，再行北进。
李宗仁、白崇禧正在考虑北进武汉还是回师救黄的时候，薛岳献上一计，现蒋军大都参与中原大战，驻防苏浙者甚少，我军不如移兵东南，直取南京，吸引蒋主力，以围魏救赵之策，摆脱困境。
这项建议可谓是一个出人意料的奇招。
如果实施成功，可让敌手始料不及，但这也是步险棋，遭到大部分军官反对，未被采纳。
张桂联军最后决定回师，先夺回衡阳再说。
后来证明这是一个错误的决定。
粤军见张桂联军南回，迅速退守衡阳，于是，两军在衡阳展开硬碰硬的决战。
7月1日，李宗仁下令总攻，白崇禧指挥第四、第七两军和第十五军为左翼，黄绍竑指挥两个教导师为右翼，在洪桥北面的五塘，发动猛攻。
战斗开始后，张桂联军攻势凶猛，但经过两夜三天的苦战，仍拿不下衡阳，部队损失十分大。