李振华在全军中抽调出500名精干力量，组建了铁道武工队，分成了5个大队，这些人中骨干人员大多是特战队员，武工队由李振兴总体负责。武工队除了要解救劳工，从铁路上搞物资也是他们的任务之一。以前王思源、李振兴他们也吃过两条线，只是规模没有现在这么大。李振华还把潜伏在沿线城镇内的地下党力量也动员了起来，收集滨洲铁路沿线方面的情报。
很快各地陆续有情报传来，其中鹤城（齐齐哈尔）的内线发现有一趟西行的列车非常可疑。列车在鹤城装了水泥、钢材，弹药、粮食等物资，另外又有从关内过来的12节闷罐车也挂上了列车，那12节闷罐车在鹤城编组站停了一天，内线经过这些闷罐车上听到了里面有人说话。于是向地下党组织作了汇报，情报很快传到了辽西军区。
李振华下令对这趟列车采取行动，列车上的物资及人员都是辽西军区所需的。铁道武工队以土匪的名义行动，以精锐登上了并控制了该趟列车，到达扎南屯以东预定点后，列车停了下来。武工队砸开了火车车厢，果然发现12节闷罐车厢里装的是劳工，人数不下于2000余人，武工队当即\"劫持劳工\"搬运火车上的物资，武工队并没有破坏火车与路轨，也没有杀害或掳走车组人员。抢到物资后，武工队押着劳工分多路迅速消失在山林里。整个行动看起来就是一场典型的土匪劫掠列车的行为。
物资都分散到了各处山寨安顿，大多数劳工们进了各处山寨，中途也有些劳工逃亡了，武工队也没有追击，他们能否逃出生天就要看自己的造化了。劳工们进了土匪窝都很紧张，但令他们意外的是，山寨并没有难为他们，并为他们安排了食宿。劳工们经过三天多的行程，还搬运了物资，一个个都已经累得筋疲力尽了，暂时只能在山寨休整。一天后，各山寨出现同样的一幕，缓过劲的劳工被集中起来，寨主们告诉劳工们自己的队伍是保险队。又告诉劳工们，他们是刚从鬼门关走了一趟。每一座山寨都安排了一个\"张玉\"为劳工们讲解他在鬼子工地的遭遇。寨主们最后总结，让劳工们千万不要上日本人的当，当然也邀请他们加入队伍，即使不加入，也可以为山寨做些事，赚取一些回程的盘缠。为取得信任，李振华针对不同地域的劳工，安排相应地方政工人员进入劳工之中，为他们答疑解惑。经过一系列的操作，劳工们绝大多数留了下来。
日军寻着蛛丝马迹前来报复，李振华命令被发现的3个山寨转移，牵着日军的鼻子在大兴安岭深山密林打转，日军仓促出兵，一时无可奈何。
正面战场上，围攻衡阳的日军得到了一轮弹药补给后，于7月20日对衡阳发动又一次进攻。第34师团佯渡洡水，第58师团进攻玛归槽、酃湖、湾塘、湖东寺至蜈公桥一线阵地。第68师团进攻停兵山、高岭一线，第116师团进攻三里亭、胡坳、马王庙一线。日军进攻势头很猛，第68师团、第116师团突破国军一线阵地，但也付出了3000余日军的伤亡，第68师团师团长左久间为人被预10师第28团迫击炮所伤，不治身亡。面对日军攻势，第10军军长方先觉抽调衡阳东第190师回衡阳城，参与衡阳城保卫战。中日两军在神渡、汽车西站、虎形窠、江西会馆国军二线主阵地激战。守军英勇苦战、寸土必争，衡阳城战况愈加激烈。衡阳东戴海欧的防守压力却不是很大，日军的进攻重点不在这里。戴海欧手中有新2军、暂2军、暂54师，兵力绰绰有余。日军在东线实际上只有第58师团在进攻防线，衡阳东稳稳掌握在戴海欧手中，衡阳东美军机场还在正常作业，衡阳作战产生的重伤员通过机场直接运送到大后方。衡阳机场的存在解决了衡阳作战官兵的后顾之忧。这也是第9战区薛岳能稳坐衡阳城的底气所在，关键的时候国军甚至可以通过衡阳东美军机场快速增兵。
就在衡阳战况激烈之时，茶陵廖耀湘新6军联合第20、26军发动了对安仁的突袭，并一举攻占领了安仁。第27师团第1联队人员损失过半，调头向西逃窜。新6军、第26军衔尾追击。横山勇紧急抽调第34师团第68步兵联队支援，双方在冠市相遇，发生激烈交火。日军没有占到一点便宜，眼看就要支撑不住了。第3师团主力紧急从衡阳西南经茶市赶来驰援，在第1、68步兵联队即将崩溃的最后时刻，第3师团主力赶到，堪堪稳住了冠市战线。衡阳战场整个态势朝有利于国军的方向慢慢转变。
西面日军第116师团久攻国军二线阵地不下，第116师团派出一部试图从铜钱渡越过蒸水，切断衡阳北部国军联系，被等待多时的李天霞第100军当头一棒，损失了近2000余人后，灰溜溜的退回了蒸水南岸布防。
横山勇眉头紧皱，国军的顽强出乎他所料，国军调集的兵力规模也出乎他所料。横山勇手中的兵力还是不足，于是他再一次向冈村宁次要求第37师团南下，畑俊六从中协调，冈村宁次无奈之下从山西抽调兵力至山东，第37师团沿津浦路南下浦口，再从浦口乘船前往湖南。日军之所以不走陇海线、平汉线南下，是因为确山至信阳段还被国军第5战区占领，走这条线耽误时间。
冈村宁次有个不好的预感，此次衡阳作战日军很大可能遭到失败。冈村宁次感觉日军战略出现了严重问题，日军兵力严重分散。依照冈村宁次自己的心意，日军现在要做的不是打通大陆交通线，而是应该收缩兵力，放弃部分占领区。东南亚的兵力，至少是印度支那半岛的兵力后撤至中国再作打算，冈村宁次出言试探过几次，但陆军军部、参谋部一听到要放弃占领区就像捅了马蜂窝一样，冈村宁次人微言轻、有心无力。