1949年9月，解放军四野部队在二野部队的配合下，发起衡宝战役。解放军分成中、西、东三路，从茶陵、湘乡、常德向邵阳、衡阳之间的国民党军白崇禧集团主力实施包抄作战。从9月13日起，以第13兵团司令员程子华指挥的三十八、三十九军组成的西路军主力沿常德至芷江公路南进，至10月5日解放沅陵、泸溪、溆浦、辰溪、怀化、芷江、黔阳、会同等地。鉴于武冈位于雪峰山脉与南岭山脉之间，是通往广西和贵州的重要通道，为堵击退却的白崇禧集团，三十九军派一一七师、一五二师等部挥师武冈，并要求他们在10日12时前务必拿下该城。

10月8日，一五二师赶到武冈城外，一面对武冈城内的守敌实施包围，一面阻击武冈城南的敌军增援部队。10月9日8时，一一七师主力在击溃了敌人四个团的抵抗后，赶到武冈城郊，与一五二师会合。经过两天的战斗，解放军打退了国民党军的6次进攻，粉碎了敌人增援武冈的企图。

通过勘察，解放军发现武冈城有一道高5米、底宽10米、顶宽2米的石砌城墙，城墙内还铺有一层厚厚的黄土，以增加其抗炮火强度，城墙上火力点密集且相当隐蔽，城内设有大小炮台和巷战工事，可谓易守难攻，但城北距城墙500米左右有一片起伏地，站在上面可以俯视武冈城，起伏地与城墙之间没有障碍物，坡缓势平，且是黄土地，便于挖交通壕接近城墙。经两个师的首长研究决定，由一一七师三四九团担任主攻任务，由城东北角突破，向城东半部发展进攻。一五二师四五五团由城西北角突破，向城西半部发展进攻，其他各部负责阻止城内敌人突围和阻击城外敌人援兵的任务。

10月10日拂晓，攻城部队经过连夜挖掘，将交通壕挖到了城墙下，各级指挥所和战士们进入指定位置。

8时40分，解放军的大炮开始轰鸣，敌人城内的炮兵阵地和城墙上的碉堡被一一摧毁。9时10分，攻城部队的火力组、爆破组、架梯组、突击组在强劲的冲锋号伴随下，高举红旗，奋勇登城，很快控制了东北角一段城墙，打退了两侧敌人的反扑。三四九团后续主力部队紧跟突击部队冲入城内，向纵深发展，并组织火力沿城墙内侧向西北角展开，对负隅顽抗的敌人进行猛烈打击，接应西门外的四五五团主力进城。随后，解放军在城内兵分数路，清理城内残敌。在缴枪不杀的呐喊声中，国民党军纷纷缴械投降。一部分敌人套上老百姓的衣服，甚至穿上女人衣服，从南门逃出城外，企图蒙混过关，均被早已等候在那里的解放军战士识破并活捉。

至9时40分，战斗基本结束。此战，解放军歼敌300余人，俘敌2400余人，缴获山炮8门，迫击炮12门，轻重机枪46挺，长短枪1900余支，汽车5辆以及大批军需物资。