6月30日，第8天。天还没有亮，杨光荣在防空洞中，已经能分辨出日军飞机的声音。一颗炸弹落下来。“这是硫黄弹，把我帽子和衬衣都炸飞了，身上也受了伤。飞机走了以后别人说，你头发怎么烧了？我这才感觉到身上着火，结果就在地上滚，滚完了以后，拿土跟洗头一样在头上搓，火才灭了。”
燃烧弹引起了衡阳城的大火。杨光荣回忆：“南方房子是木结构多啊，燃烧弹掉到城里，整个全烧，连城墙也烧，好像烧了几天几夜，衡阳没有一间房子是完整的。”
浓烟中，彭忠志闻到了一种古怪的气味。“像辣椒的味道，闻到就打喷嚏，窒息似的，出不了气，很难受。”老兵示意他赶紧用毛巾捂嘴，说这是毒气弹，常德会战就用过。
杨光荣说：“我当时不知道啊，怎么觉得那么难闻啊，后来就是打喷嚏，流眼泪，别人说，这是毒气，赶紧用手巾捂住嘴，蒙住脸。”
卢庆贻回忆：“他们放毒气，那个时候防毒的工具很少，就是用湿手巾捂住鼻子，我们中国兵遭毒气伤害的不少。”
这天傍晚，五桂岭南端阵地，预备第十师二十八团三营七连除了不在阵地的特务长和炊事员4人外，其余80多人全部中毒身亡。
后来据美国陆军第十四航空队化学战情报官的研判，这些毒气弹是芥子气与路易氏剂的混合物。此举违背了国际公约，但显然，这些条例早已不适用于日本人。
毒气战确有成效，日军借机攻占了不少一线阵地，但很快，中国守军组织逆袭，夺回了一些阵地。
彭忠志慨叹：“第十军老兵多，都是觉得不会有什么事一样的，有必胜的心理。第十军背着‘泰山军’的称号，真是有这种精神的。”
到7月2日，日军攻城部队伤亡已经超过了1.6万，仅推进了1000米。当晚，日本第十一军司令官横山勇不得不下令中止攻城。日本方面承认，这是宏大的“一号作战”计划首次受挫。
日军尸首堆积成山，焚烧尸体产生的焦臭笼罩在阵地上，久久不散。
