至9日晚8時，白部第7軍第171、第172師和第48軍第138、第176師被四野數倍兵力包圍於黃土鋪、鐵欄橋、嚴家殿、石珠橋方圓不到50平方公裏的地域內。
當晚，白崇禧見所部精銳有被圍殲的危險，急忙命令被圍的4個師全力突圍。其中第172師和第138師一部數次向黃土鋪的解放軍第135師陣地猛攻，但都被擊退。白部第171師向南突圍，先後8次攻擊解放軍第119師陣地，激戰26小時，亦未奏效。
時任四野第12兵團司令員兼政治委員蕭勁光大將後來這樣描寫10月9日那天戰鬥的激烈程度：當天下午和晚上，戰鬥打得異常激烈。敵人狼奔豕突，東衝西撞，總想奪路逃跑。我軍頑強阻擊，非要把敵人消滅不可。在135師的各個陣地上，每一條水渠、每一道田埂、每一片森林、每一座房屋，都必須經過反複爭奪，甚至白刃搏鬥，才能為我所占領。敵人向我陣地反撲，有時多達七八次，但在我頑強阻擊下，均被各個殲滅。有的連隊消滅了幾倍於己的敵人，打到最後自己也隻剩下二三十人。激戰至晚上8時，敵7軍軍部及包括警衛營、工兵營、通信營、運輸營在內的直屬隊，終於被殲滅。軍部指揮機關被打掉了，該軍率領南逃的四個師便失去了統一指揮，更加慌亂起來。在119師的陣地上，戰鬥同樣激烈殘酷。該師與奪路南逃的敵人反複衝殺，激戰達二三十小時之久，終於打退敵人40多次的集團衝鋒。有個連用手榴彈一夜就打退了整營敵人的18次攻擊。還有個連彈藥打光了，戰士們就搬起石頭同敵人拚命。有個排的班排長大部傷亡，一個班長就自動代理排長，組織起剩下的十幾個人，堅守陣地，連續打垮敵人整排整連的4次攻擊。10月9日晚12時，四野前委發出總攻擊令，命令12個師於10日淩晨開始，采取連續突擊和重點突破的戰術，對被包圍的桂係4個師實施總攻擊。白部第7軍副軍長淩雲上這樣描寫他率領的第7軍第171、第176師全軍覆滅及本人被俘的經過：我嗣與第3兵團司令張淦聯絡，得知他的司令部已退到東安縣城。我將最近戰況報告，謂現被強大解放軍包圍於回龍亭附近地區，經兩日的劇烈戰鬥，均無進展，無法西進，請速派兵馳援。得到的答複是：不能派兵援助，希望自己設法突圍。根據兩日來與各友軍聯絡，都是得到險惡的消息，請兵援救亦屬絕望，我隻有嚴令各部隊盡力維持現時戰鬥局麵，並與師長張瑞生、李祖霖商討，如何應付以後的戰鬥，均主張即刻派出得力搜索隊，進行搜索及偵察突圍路線，以便今夜突圍。（9日）下午4時據各搜索隊先後回報，隻有回龍亭西側有兩條小山路，向西搜索20餘華裏均未發現解放軍，其他方麵都是包圍部隊，無法通行。我當即決定是晚入夜實行突圍，並部署：以第171師由回龍亭西南之小道、第176師由回龍亭西北之小路突圍。各部隊突圍後在文明鋪集合，如不遭阻擊，務須秘密行動，以免暴露企圖。計劃完畢，即命令各師於下午7時開始行動，我則隨第171師行進，行約20餘華裏處，即遭遇解放軍襲擊，乃將部隊分為數小股，令其各尋行進道路，仍須保持秘密行動。但所經各地村裏山上都有解放軍，我的部隊處處被打擊，陷入天羅地網，無法逃脫。此時部隊非常混亂，無法再行指揮，已陷於窮途末路，我乃同師長張瑞生和師參謀長李有全率1個師警衛連，由大山（忘記山名）秘密西行，仍受阻擊，當即與張瑞生等失去聯係，不知他們的去向。此時我手上隻掌握手槍兵1班，真是到了走投無路的境地。到此我才知道這兩條小路原來說是沒有解放軍扼守，卻正是解放軍開放口袋，使我軍進入口袋底之後，即將袋口收縮，從四麵八方襲擊，一網打盡，真是馬陵道戰術的妙用。
當晚天色非常昏黑，最後和我這個手槍班也失去聯係，逼不得已，我躲入山溝的荒草中，擬靜待解放軍去後，再設法逃脫。誰知事不如願，10日9時我即被解放軍搜索出來，至此，我被解放了。在激戰中，李本一、淩雲上連連打電報給第3兵團司令官張淦求救。這位一貫自命不凡的司令官也被解放軍的強大攻勢震呆了，他對於求救電報一律答以：“不能救援，迅速突圍。”自己則率領餘部向廣西逃竄而去。
戰鬥進行到11日上午，白部4個師除第138師師部率領1個團逃出包圍圈外，其餘29800餘名官兵被殲，第7軍僅軍長李本一隻身逃脫，副軍長淩雲上、參謀長鄧達之、第171師師長張瑞生、第172師師長劉月鑒、第176師長李祖霖等8名將級軍官被俘。
第7和第48軍是桂係的精銳部隊，第7軍更是桂係起家的老本。當白崇禧得到這4個師被殲滅的消息時，不禁“大驚失色”。
在四野中路軍圍殲滅白部精銳4個師的同時，解放軍西路軍和東路軍也以不可阻擋之勢向白崇禧集團其他各部展開攻擊，捷報頻傳：
10月4日，白部第17兵團第100軍及“湖南省政府”從芷江南逃時被解放軍第38軍殲滅。
10月8日，解放軍第46軍解放衡陽。
10月9日，駐守武岡縣城的白部第14軍留守處、第63師第189團及湘西保安第5團，共700餘人被解放軍第39軍第117、第152師殲滅，武岡縣城解放。
10月10日，解放軍第49軍解放邵陽。
10月13日，白部第62師及獨立第2師在邵陽以西的石下江、竹篙塘地區被解放軍第38、第49軍的強大兵力殲滅。
10月14日，白部新編第8軍獨立第1師1000餘官兵向解放軍第39軍投降。
10月16日，川湘鄂邊區“綏靖”公署主任宋希濂所部第駐守湘西北重鎮大庸的第122軍被解放軍第47軍殲滅，該軍軍長張紹勳及兩位師長謝淑周、黃鼎勳以下5000餘人被俘。
衡寶戰役從9月13日開始至10月16日結束，曆時34天，白崇禧集團的3個軍部（第7、第100、第122軍）、5個師（第62、第171、第172、第176、第217師）和第10、第63、第88、第138、第197、第345師和獨立第2師各一部，共47000餘名被殲，其中被俘38000名（將級軍官17名），斃傷7000名，投誠2000名，損失大批軍事裝備和物資，其中有各種炮402門，各種槍支13071支，汽車176輛，馬1116匹，各種槍炮子彈100萬餘發。經此一役，白崇禧集團的軍事實力受到重創，元氣大傷，其最後的覆滅也為期不遠了。