有可能为衡阳的解围的只剩下王耀武兵团。此时王耀武除指挥第二十四集团军外，还能调动第七十九军、第九十九军以及失守长沙的第四军残部，号称有十七个师的规模。不过这些部队自六月初就投入了战斗，多为建制残破的久战疲师，战斗力已大不如前，难以在日军的阻击线上形成突破。同时兵团内想保存实力，甚至对第十军心存嫉妒的也不乏其人。第二十四集团军下面的一个军长私下就说：“如果衡阳解了围，方先觉岂不成了个人英雄？”

就在各部或真的力不胜任，或犹豫观望的时候，王耀武决定再次动用“虎部队”。长衡会战初期，王耀武只从七十四军中抽调五十八师随其一同进入第九战区作战，五十一师和五十七师都被第六战区留在常德附近担任守备。直至6月底七7初，五十一师和五十七师才得以归建并全部投入会战。

7月中旬，七十四军军长施中诚得到命令，限以急行军方式赶到衡阳以西的金兰寺、鸡窝山一线，以解衡阳之围。

七十四军的三个师也并非都处于最佳状态。五十七师在常德会战中几乎伤亡殆尽，战后开赴桃源整补训练，经过三个月的整训，才刚刚恢复战斗力。五十八师在宁乡保卫战后，又与日军第四十师团在永丰缠斗，部队损失也一直没有时间进行补充。算下来，只有五十一师的情形要稍好一些。在行军阵型上，施中诚以五十八师居前，五十一师在后，五十七师进行侧翼掩护。

第一个目标金兰寺在衡阳西南四十多公里处，原为第七十九军一个营驻守。日军包围衡阳后，为巩固衡阳外围，日军第四十师团派黑须大队攻占了此地。

最初收复金兰寺的任务，系由第一百军承担。7月20日，第十九师以一部断敌退路，主力在攻占金兰寺前的店铺和村庄后，逐步将敌人压缩至金兰寺内。

金兰寺是一座砖石结构的小庙，但日军利用周围地形，把它打造成了一个易守难攻的