此次，清军从北、东、南三个方面对衡山县城进行了半包围，将所有可供明军出城的陆路都堵得死死的。
其中，东面为主攻方向，在此部署的孔有德部以及多铎的家底部队满洲镶白旗，考虑到要对其余两个方向做到统筹兼顾，多铎便亲自来到了东面坐镇指挥；部署在南面的清军为尚可喜部以及汉军镶红旗，指挥官为汉军镶红旗固山额真金砺；部署在北面的清军为耿仲明部和汉军正蓝旗，指挥官为怀顺王耿仲明。布阵次序都是三顺王的部队在前，八旗兵在后，在多铎亲口做出战后可以补齐每一部损失的保证之后，孔有德等人既然也就没有了反对的理由，毕竟主子的命令才是第一位的。
眼下，每一个方向的清军都是步、骑、炮三大兵种齐全，威力巨大的火炮和机动力强的骑兵梯次配置，将城中的万余明军突围的可能性降到了最低。
清军兵力唯一比较薄弱的地方便是西门外，只有从各部抽调出来的共一千多军队，警戒和牵制的意味要远远大于阻拦和进攻。但明军也很难从这个方向打开局面，城外便是湘江，而江面上和城中储存的船只早在清军第一次过境时便被少了个干干净净，没有船也就意味着无法借助水路撤退或是反起反击。
就在不久前，多铎心中还存着最后一丝希望，希望陷入绝地的庞岳能够识时务，放弃抵抗归顺大清。为了达到效果，他甚至还在“劝降词”中加入了那些投降大清后前程似锦的前明军将领的真实遭遇。却不料。庞岳还没等劝降的人说完便以一声铳响表明了拒绝的态度。这也就算了，最让多铎感到愤怒的是，他已故去的父汗、大清的太祖也被庞岳那个混帐肆意攻击侮辱。
愤怒过后，多铎又不禁暗自嘲笑自己刚才行为的多余。像庞岳那种铁了心要和大清作对的死硬分子，又怎么会因为一段劝降之言便放弃自己的初衷？
既然劝降不成，那就只有开打了。
随着多铎的一声令下，三个方向的清军炮兵都开始了炮击前的各项准备。调整炮口、装填弹药等等。
看到这样一种情形，庞岳也下令城头上的官兵们撤到城墙后的街垒工事后去躲避，只留下了少部分担任警戒的人员。
不久，随着西门外的清军炮兵阵地上率先发出一声巨响，清军对衡山县城的进攻正式开始。
……
“轰！”“轰！”…接二连三的炮响犹如平地炸开的惊雷，带着咄咄逼人的惊天声浪朝着小小的衡山县城席卷而来。一颗颗高速飞行的炽热炮弹打在城楼、城墙上，溅起大片肆意飞扬的砖石碎屑。薄薄的一层包砖在第一轮炮击下便被打得粉碎，墙体内部的夯土在顷刻之间便绽开了一团团黄色土烟。烟尘弥漫之中，似乎连大地也在为之颤抖。
早在清军炮击开始之前。负责防御各段城墙的湖广镇将士便已经大都下了城头。躲到了城墙后的掩体中。
拒时间紧促。但在全体官兵的共同努力下，城中的防御体系已经初见规模。在城门后的主街道上，官兵们利用装满泥土的麻袋和从城中拆来的石料构筑了一道道街垒工事。周围的许多房屋也被改造成防御工事，而那些可能被清军所利用、为他们提供掩护的建筑物则被通通拆掉。每一面城墙后。这些大大小小的工事都形成了大致三四道纵深防线。第一道防线距离城墙大概八十步左右，各道防线之间大致相隔四五十步的距离。
此外，城中湖广镇官兵的防御任务具体划分如下：东面城墙以及附近的街区由陷阵营负责防守，并配属了从泰山营和烈火营抽出来的近一千火铳兵；防守南、北两面城墙的主力则分别是刚锋营和破军营；华山营的官兵们也全部分发了武器，并一分为三，其中一个千总队与泰山营共同戒备西侧城门，另外两个千总队则分别前往南门和北门，作为刚锋营和破军营的预备队。飞虎营则在城中候命，准备随时听候命令前去增援情况紧急之处。
清军的炮击持续不停，炮声一潮盖过一潮，一时间毫无停歇的迹象。或许是因为之前已经尝到了与湖广镇进行白刃战是什么结果，多铎没有轻易下令步卒攻城，而是希望先通过这种持续而猛烈的炮火摧毁城中明军的抵抗意志、消耗掉他们的抵抗力量，之后再全军压上。
衡山县城毕竟是一座小城，当初构筑城墙的目的也以防御土匪流寇为主，设计者和修建者们恐怕根本不会想到有朝一日这座地处大明腹地的小城会迎来异族军队的如此凶猛的炮火攻击，因此，城墙的牢固程度不要说与南京城那种雄城大邑相比，就算比起赣州、长沙等地的城墙来也是远远不足的。
经过半个多时辰的炮击过后，承受着清军最猛烈炮火的东面城墙便已经面目全非，城楼已经完全被轰塌，墙面上的包砖大片散落，其中的黄色夯土变得千疮百孔，垛口也被毁掉过半，墙体顶端出现了好几个瘆人的v字，并在一步步地向下扩展。尤其是最初被清军轰开又被明军填补上一半的那个大豁口，更是成了清军炮兵的重点轰击对象。那些匆匆被填上的土石材料根本经不住炮弹的轰击，纷纷倒塌了下去，转眼之间，豁口中又只剩下了一堆不到一丈高的废墟隔离着城内与城外。其他三面城墙的情况稍微好一些，但也好不到哪儿去，照这种形势发展下去，被轰塌只是个时间问题。
这一次，清军的炮兵似乎比之前变得更为执