护法军在衡山以北只有不足两个团的兵力，却要防守从福田铺至湘江边宽约十五公里的正面，力量分散；加上装备较差（除步槍外，仅有二门炮、二挺机槍），难于阻止敌人的进攻。
北军王汝勤所部由中路进攻，集中兵力，重点突破，连占茶园铺、中路铺和白石铺等要点，逼近护湘关。
护湘关位于衡山北十二公里处，两侧山势险峻，湘（潭）、衡（山）大路从山间穿过，是易守难攻之地。护法军在护湘关两侧高地构筑工事，重点设防。八日晨六时，北军分三路攻打护湘关。
护法军凭险抗击，“顽强异常”，“抵死不退”。战至次日凌晨，北军从侧翼突击，仰攻肉搏，护法军力不能支，遂弃关撤退。
护湘关落入敌手。
十月十日晨，北军进攻护法军在衡山北面的最后一个要点石桥铺。护法军控制附近高地，顽强抵抗。
临近中午，刘建藩派数营援兵赶到战地，让正在奋战的第一师士兵撤下吃饭。
但这些援兵多数是新兵，未经严格训练，缺乏作战经验，以致一有伤员，就惊慌后退。北军乘势冲击，护法军大败。
十月十一日上午七时，北军向衡山外围发起攻击。王汝勤亲率该旅第二十九团及工兵营、炮队由正面实施突击，