一九四一年三月，木下勇少将接替青木重诚，就任侵华日军第十一军参谋长。抵达位于武汉的军司令部后，他立即感到“参谋部以及军司令部的气氛普遍沉闷”。于是，他制订了两条“工作准绳”：
一、鉴于第十一军所处地位，需积极运用武力击破周围的重庆军。为此，应计划连续作战。
二、应使司令部的气氛明朗，以威武的气魄充实勇敢战斗的精神。
接着，第十一军司令官也换了：阿南惟几中将接替了园部和一郎。
阿南惟几和木下勇立即命令军司令部的参谋们着手研究对中国第九战区的作战。但是，作战参谋山口贞男向两位新任长官汇报的，并不是如何进行下一步的作战，而是一九三九年“湘赣会战”时面临的种种困难。湘赣会战，即中国方面所说的“第一次长沙会战”。听完汇报后，两位新任长官依旧表示：“攻取长沙不成问题。高山、大河何所惧，应即进行具体研究。”于是，“第十一军就以当年夏秋之际发动对长沙方面的进攻作战，开始了研究”。
第十一军的参谋们不是惧怕作战，而是认为无论从哪方面考虑，向长沙方向实施大规模攻势作战，理由并不充分，时机也不恰当：第十一军于长沙方向面对的是中国军队中战斗力最强的部队；战场遍布江河湖汊的地理条件，也不适合展开大兵团作战。更重要的是，在华日军面临的大环境正在发生变化——或许这才是第十一军司令部里“气氛普遍沉闷”的真正原因。
此时，日美之间正逐渐接近战争状态。
长期以来，在日军大本营内存在着“北进”与“南进”的战略分歧，从而形成两个派别。所谓北进派，以日本陆军军官为主，主张向北进攻苏联，这是自一九〇五年日俄战争后，日本军人始终怀抱的志向。特别是随着欧战的爆发，北进派主张立即向苏联开战，占领苏联国土的亚洲部分，与德国东西呼应一起瓜分苏联。但是，北进苏联存在一个至关重要的前提，即必须首先征服中国。在取得有利的战略态势，确保进攻的后方安全，拥有充足的工农业以及人力资源后，北进才有可能实施。可是，中国战事已陷入持久战争的泥潭，国民政府仍是没有屈服的迹象。鉴于目前日军无法集中兵力攻击强大的苏联，只能运用外交策略暂时避免与苏联发生冲突。所谓南进派，以日本海军军官为主，主张趁英、法、荷等国忙于欧洲战事，立即向有着丰富资源的东南亚扩张，以缓解国内资源严重短缺的压力，同时把美、英、法、荷等国在南太平洋的势力全部赶走，使日本成为亚洲唯一霸主的“宏愿”得以实现。海军军官们认为，陆军在中国战场上被大量牵制，大日本帝国的海军还没派上用场呢。只是，即使是海军大举南进，也要靠陆军完成占领，整个东南亚战场将需要相当数量的陆军，所以南进的前提仍是首先解决中国战事。
总之，无论是北迸还是南进，日本必须有所作为，不能在中国战场上原地不动。
海军的南进主张逐渐占据了上风。
日本海军南进东南亚的最大障碍是美国的太平洋舰队。
诡异的日本人开始与美国人谈判，以避免在南进时爆发对美战争。一九四一年三月，日美之间开始接触。日本提出的条件是：日美之间签订相互谅解协定；两国共谋太平洋地区的稳定；美国协助日本获得必要的物资；日美之间进行通商和金融合作；日本可应允美国提出的从中国撤军，尊重中国独立以及不要求赔偿的条件，但中国必须实行蒋、汪合作并承认“满洲国”。针对日本提出的条件，美国提出了四条原则：保证中国的主权和领土完整，不得干涉中国的内政，中国须享有机会均等的待遇，维持太平洋地区的当前状态。最后一条的提出，说明美国人已看出日本有南进的企图。
美国在日本入侵中国后始终采取绥靖政策，但这并不表明美国对日本没有警惕。出于对自身远东利益的考虑，一九四一年三月，日美两国开始外交接触之际，美国宣布《租借法案》对中国生效。这一法案规定：二战期间，美国向同法西斯作战的同盟国借贷或出租武器、弹药、战略原料、粮食和其他物资。其中的五分之三供应英国，五分之一供应苏联，其余的供应法国、中国和其他国家。五月，中英在新加坡召开军事会议，之后在重庆签订《中英共同防御滇缅路协定》，中英军事同盟由此形成。紧接着，美、英两国分别向中国提供了五千万美元和五百万英镑的贷款。就在日美谈判期间，日苏外交斡旋有了进展，双方签订了《日苏中立条约》，条约最重要的一条是：“当缔约国一方成为一国或两国以上的第三国军事行动对象时，缔约国另一方须在纠纷的整个过程中保持中立。”而日苏签订中立条约的前提是：日本须尊重“外蒙古的领土完整和不可侵犯，苏联须尊重满洲国的领土完整和不可侵犯”。于是，日方的立场强硬起来，不但要求美国不要插手中国事务，还要求美国承认日本提出的“大东亚共荣圈”。
美国当即答复：这些条件与美国的想法相距太远。
日美谈判随即陷入僵局。
就在这时候，震惊世界的苏德战争爆发了。
六月二十二日凌晨四时三十分，德军从波罗的海至喀尔巴阡山约一千五百公里的战线上，向苏联发起了突然进攻。当时，德国的总兵力已经达到八百五十万，火炮四万七千二百门，坦克三千七百辆，作战飞机四千九百八十架。德军已经占领了中欧、西欧大陆以及北欧和巴尔干半岛。整个世界，只有英国凭借着海洋在与德国作战。于是，希特勒认为他可以撕毁《苏德互不侵犯条约》，实施“巴巴罗萨作战”计划了。这一计划的核心内容是：集中三百万德军，以闪电战的方式，从三个方向对苏联进行大纵深迅猛突击，占领莫斯科、列宁格勒和基辅这三大城市，将苏联红军主力部队消灭在其国土西部。然后，向东抵近伏尔加河线，用空军摧毁位于乌拉尔山以东的苏联重工业和军事工业区，击败并肢解苏联。战争爆发伊始，德军出动大规模机群轰炸了苏联西部的军事基地、交通枢纽、重要城市以及六十六个机场，大批德军伞兵被空降至每一处战略要地，数千门火炮把苏军边防指挥机构、防御工事连同通信设施轰成了一片废墟。德军的一百一十三个陆军师，包括十九个坦克师，还有意大利、罗马尼亚、匈牙利和芬兰等国的四十个师，共计五百五十万兵力，配属着三千五百辆坦克以及四千架作战飞机，分三路向苏联国土的腹地快速推进。猝不及防的苏军在慌乱中应战，半天之内就损失了一千二百架战机，半个月之内损失了两千列火车的军火、三千门大炮、一千五百辆坦克，二十八个陆军师被全歼，七十个陆军师损失过半，三十万苏军成为德军的俘虏。
德国人扩大战争的疯狂之举，极大地刺激了日本人的野心。日本陆军再次蠢蠢欲动，与德国步调一致北攻苏联的呼声不断高涨。为此，日本内阁进行了激烈的辩论，结果却出乎陆军的预料：认为日本北攻苏联的条件尚不成熟的意见占据了上风；趁机南进东南亚的战略，得到了大多数阁僚的支持。为此，七月五日，日军大本营为南进进行了军事准备：解除日军华南方面军战斗序列，大本营直辖部队第二十三军改隶中国派遣军，驻防广东承接华南方面军之任务。迅速在国内编成陆军第二十五军，第二十五军将于七月二十五日——德国进攻苏联一个月后——从中国的三亚起航，直接突击法属印度支那的南部。
日本人果然要南进了，美国人深感震怒。
美国总统罗斯福批准了为中国空军装备五百架战机并随之配备美国志愿飞行员的计划。同时，美国冻结了日本在美国的资产，终止了对日本的石油输出。七月三日，美国陆军总参谋长马歇尔作出了向中国派出美国军事代表团的决定。——美国人的目得非常明确：用支持中国抗战的方式，把日军拉回到中国战场上，并将他们牢牢地钉在那里。
此时，日美谈判已经没有任何意义。
美国人意识到与日本在太平洋地区发生冲突不可避免。
而日本人决心不惜后果与美国开战。
问题是：南进占领东南亚的广阔地区，就等于与那里的殖民者英、法等国同时进入战争状态。
战争需要大量的兵力投入。
除了继续推进国内的军备扩张外，唯一的办法是从中国战场上抽调。可是，侵华日军在中国战场的兵力已经捉襟见肘：近百万的日军必须牢牢护卫“满洲国”，防备苏联远东军四十个师的强大威胁；还有近百万的日军被共产党抗日武装死死地纠缠在华北地区；而在正面战场上，必须保持相当数量的兵力，才能维持与国民政府几百万军队的对峙。因此，不要说发动攻势作战，就连保住现有占领区和对峙线，也是相当困难的。
因此，日军第十一军的参谋们认为，再次实施大规模进攻长沙的作战，几乎等同于“以国家命运孤注一掷”。——“当时在中国战场上，作为南方会战的预定兵团，除驻在华南的第十八、第三十八师团外，另有第四、第三十三、第二十一师团以及第五师团（驻上海待运南方，由大本营直辖）。空军部队的比例更成问题，虽有海军中型攻击机约二百架进入汉口，战斗机队利用宜昌机场正在攻击内地，但担当这一作战任务的第十一航空队为准备新的作战，决定停止对华作战，于九月一日撤离，陆军的第三飞行集团，也必须在九月份调出。作为发挥地空综合作战能力的夏秋作战，前途堪忧。”
阿南惟几还需说服大本营同意他实施长沙作战。
东京大本营极端矛盾：从南进东南亚所需兵力的角度讲，不允许在中国战场进行大规模作战；可如果不再作战，就等于向重庆方面和共产党人释放出这样一个对于日军来讲十分危险的信号——日本在中国支持不下去了。
八月二十六日大本营发布“大陆命第五三八号”，批准第十一军的长沙作战计划。但是，大本营同时设定了一系列的前提：不能动用即将调往太平洋地区的部队；支持长沙作战的第三飞行集团九月份必须调走；作战必须迅速推进，完成之后迅速回撤；宜昌固守至一九四二年三月以后——设定前提的含义是：打长沙可以，不能把宜昌丢了。
上高作战后，在中国第九战区辖区内，日军调走了第一〇一、第一〇六师团。此时，日军第十一军所属部队散落在必须固守的各个要点上：第三师团驻守鄂北应山一带，第四师团驻守鄂中安陆一带，第四十师团驻守鄂南咸宁，第三十九师团驻守鄂南荆门，第十三师团驻守鄂南宜昌，第六师团驻守湘北岳阳，第三十四师团驻守赣北南昌，独立混成第十四旅团驻守赣北九江。——无论哪一个方向，都是与中国军队的对峙线。如何才能集结起足够的兵力支持长沙作战呢？阿南惟几决定：趁大本营还没有正式抽调他的部队，使用所有可以调动的兵力尽快发动攻势。
九月上旬，日军第十一军开始为长沙作战集结部队：
丰岛房太郎中将指挥第三师团，配属四个山炮大队，八月下旬从湖北应山附近出发，向岳阳东南的小桥坳集结；
北野宪造中将指挥第四师团，配属一个山炮大队和一个迫击炮大队，八月下旬从湖北安陆附近出发，向岳阳东南的新开塘集结；
神田正种中将指挥第六师团，配属两个山炮大队和一个迫击炮大队，移动至岳阳以南的草鞋岭附近集结；
天谷直次郎中将指挥第四十师团，配属一个山炮大队，九月上旬由湖北咸宁附近出发，移动至岳阳以东的桃林附近集结；
早渊四郎少将指挥早渊支队，由第十三师团的四个步兵大队和两个山炮大队组成，八月中旬从宜昌南面的紫金岭出发，九月十五日前移动至岳阳以东的冷水铺集结；
荒木正二少将指挥荒木支队，由第三十三师团的三个步兵大队和个山炮大队组成，从江西安义出发，配属第四十师团行动；
平野仪一大佐指挥平野支队，由独立混成第十四旅团的一个步兵大队和一个山炮中队组成，九月中旬由江西瑞昌向西，移动至岳阳以北的城陵矶附近集结；
江藤大八中佐指挥江藤支队，由独立混成第十四旅团的一个步兵大队组成，由江西瑞昌向西，移动至岳阳东北方向的临湘附近集结；
战车第十三联队，配属两个轻装甲车中队，由武汉南下向岳阳集结；
野战重炮兵第十四联队，由武汉南下向岳阳集结；
军工兵队，由三个工兵联队和八个架桥材料中队组成，由武汉南下向岳阳、临湘集结；
岳阳地区的兵站队，由十八个汽车中队、九个辎重兵中队组成，保障战场的后勤运输。
以上部队，约四十五个步兵大队和四个骑兵联队，总兵力十一万五千余人。
第十一军制订的作战计划是：首先击败新墙河、汨罗江之间的中国军队主力，然后突破汨罗江，南下攻击前进，把中国第九战区部队包围在湘江岸边一举歼灭。
为吸取第一次长沙会战的教训，阿南惟几彻底集中了兵力：沿新墙河仅二十公里的狭窄正面，四个主力师团自东向西一字排开：第四十师团、第六师团、第三师团和第四师团。而他制订的作战原则是：大兵力迅猛推进，然后迅速撤回原地，争取在最短时间内完成作战。至于作战目的，阿南惟几强调的是：“为粉碎敌人的抗战力量，给第九战区军队一大打击。”
这是阿南惟几第一次指挥大规模作战。
接任战地军司令官前，他是日本陆军省次官。
一九三九年十月，第一次长沙会战结束后，以湖南北部洞庭湖西侧的新墙河为界，中国第九战区部队与日军第十一军于这条对峙线的两侧，已有近两年没有发生过战事。
一九四〇年七月，中国重设第六战区后，第九战区的北面和西面与第五、第六战区的分界线是：从常德以南约十五公里的石门桥向北，沿着连山湖南岸、大通湖北岸、洞庭湖北岸，然后沿着长江一直延伸到江西九江一线。东边与第三战区的分界线是：从江西北部的鄱阳湖口向南，一直延伸到抚河一线。——一九四一年，在中国抗日战场上，中国军队第三、第五、第六和第九战区，自东向北、向西、向南，将日军的第十一军包围着。
此时，第九战区辖有正规军三个集团军十三个军三十五个师，还有七个游击纵队、六个保安团，再加上四个野战炮兵营、一个重迫击炮团、两个战防炮营、一个工兵团和四个独立工兵营，总兵力三十七万八千余人。空军只有两个大队，海军只有能执行水道布雷任务的少量部队。
第九战区部队的守备位置是：
由战区直辖的第九十九军，军长傅仲芳，辖第九十二、第九十九、第一九七师，驻守湘北，任汉寿、沅江、青山一带的湖防以及湘阴、营田、归义之间的汨罗江、湘江守备。
第二十七集团军，总司令杨森，指挥部设在湘东北的平江，下辖：
第四军，军长欧震，辖第五十九、第九十、第一〇二师，守备湘北新墙河南岸阵地；
第五十八军，军长孙渡，辖新编第十、新编第十一师，驻守湘鄂交界地带，守备黄岸市西至九岭、赛公桥，北至北港阵地；
第二十军，军长杨汉域，辖第一三三、第一三四师，驻守鄂东南，守备通城北至铁柱港、斗米山北至杨芳林阵地。
第三十集团军，总司令王陵基，指挥部设在赣西北的修水，下辖：
第七十二军，军长韩全朴，辖新编第十四、新编第十五师，驻守赣西北，守备东坑岭、留咀桥阵地，主力在修水以北的三都整训；
第七十八军，军长夏首勋，辖新编第十三、新编第十六师，驻守赣西北的修水北岸，守备观音阁、潭埠阵地。
第十九集团军，总司令罗卓英，指挥部设在赣西北的上高，下辖：新编第三军，军长杨宏光，辖第一八三师和新编第十二师，驻守赣西北，守备靖安、奉新、祥符观阵地；
第七十四军，军长王耀武，辖第五十一、第五十七、第五十八师以及预备第五师和江西保安纵队。其军主力集结于株洲至南昌铁路沿线的新喻、宜分地区；保安纵队守备南昌以南的七星冈、市汊街一线阵地，预备第五师守备市汊街至东南方向的温家圳阵地；
第三十七军，军长陈沛，辖第六十、第九十五、第一四〇师，集结在湘北汨罗江两岸的长乐街、瓮江铺、福临铺一线。
由军事委员会直辖的第二十六军，军长萧之楚，辖第三十二、第四十一、第四十四师，集结在平江至长沙之间的金井、浏阳一带；第十军，军长李玉堂，辖第三、第一九〇师和预备第十师，集结在株洲以南湘江岸边的衡山。
第九战区司令长官部设在长沙。
薛岳判断，日军向第九战区发动攻势，其作战方向的选择有如下可能：在赣北方面，或者由德安、安义向西，进攻武宁、修水和铜鼓；或者沿上高作战的路线向南，进攻高安和上高；或者由南昌一路南进，攻击新淦和吉安；在鄂南方面，由崇阳、通山、通城向南，进攻平江和浏阳；在湘北方面，沿着粤汉铁路两侧地区直接攻击长沙。薛岳认为，日军按照第一次长沙会战时的路线，对湘北实施进攻的可能性最大。
薛岳制订的作战计划是：
战区在赣北、鄂南，对非主攻方面之敌力求夹击于赣北山地。在湘北方面则诱敌主力于汨罗江以南金井、福临铺、三姐桥以北地区，反击而歼灭之。
金井、福临铺、三姐桥以北地区，位于汨罗江与捞刀河之间。
薛岳获悉，日军此次作战兵力并不比第一次长沙会战时多，因此还是使用了第一次长沙会战时诱敌深入的战术。
在没有战事的近两年间，薛岳已在第九战区防区内建立起一条坚固的防线：在战场的北面，利用新墙河、汨罗江、捞刀河、浏阳河等河流，修筑起大纵深的多层工事，以对日军实施节节对抗；在战场的东侧，利用幕阜山、连云山山地，挖掘出大量坚固的阵地，部署了机动部队，以在日军南进长沙时对其进行侧击。在位于前沿的新墙河，薛岳把第四军和第三十七军配置在正面，把第五十八军配置在侧面幕阜山麓的丘陵地带，然后，彻底地破坏了这一区域内所有的道路。而沿着新墙河河岸，利用天然河流屏障，修建了六公里纵深的防御阵地，形成河岸阵地与村庄据点相配合的网状结构，阵地与据点之间都有交通壕相互连接。阵地上的工事则由砖石构成，火力配备周密，还布设了对河面的侧击火力。在河岸上，除了铁丝网外，还埋有大量地雷。从新墙河到汨罗江之间，重要的高地都筑有据点式阵地，利用丘陵和沟渠等天然地形呈五角形的碉堡星罗棋布。
薛岳把他建立的这条防线称为“伯陵防线”。
薛岳，字伯陵。
至少在防线未被彻底摧毁之前，军事将领们都喜欢这样的命名。
第一次指挥大规模作战的阿南惟几，作战的心情实在是太迫切了，主力师团还在调动之时，他即命令守备岳阳地区的第六师团开始对大云山进行扫荡。
大云山是中国第九战区越过新墙河，在河北岸几公里处建立的一个前进阵地。横亘在湘鄂边界处的大云山，虽然海拔只有九百六十米，但山峦峻险，森林茂密，山顶由第四军的一个加强营守备，山顶西侧是第四军第一〇二师的三〇六团，东侧是第五十八军新编第十一师的一个营。
日军第六师团的作战任务是，把守备大云山的中国军队赶到新墙河南岸去，以掩护主力师团在新墙河北岸展开，为正式作战时强渡新墙河的行动开辟出较大的渡河空间，并保障战场后方的安全。
看上去简单的作战开局却并不顺利。
九月七日晨，在空军的支援下，日军第六师团的第十三、第二十三、第四十五联队进入了大云山，向北侧的雁岭、詹家桥展开进攻。大云山茂密的树木，让突然闯入的日军瞬间便“被淹没在巨大的林海之中”，日军不得不费力找寻迷宫一般的羊肠小道，各个联队之间“彼此未能保持联系”。在遭到中国守军的阻击后，第二十三、第四十五联队向东南迂回，第十三联队向西进攻中国守军第一〇二师阵地，该师在师长柏辉章的指挥下死缠硬打，阵地被日军突破后，双方在甘田附近再次陷入激战。入夜后，两军形成对峙。
此时，一份情报引起了中国军队的注意：鄂南咸宁地区的日军第四十师团正向湘北移动，据判断，很可能是要与第六师团换防。黄昏时分，杨森的第二十七集团军下达命令：第四军确保大云山，第五十八军派出部队协同第四军作战；第二十军从通城向西，侧击从咸宁南下湘北的日军。中国军队决定趁日军换防之时对其进行猛烈打击。
九月八日，驻守鄂南与湘北交界处的第五十八军新编第十师、新编第十一师之三十一团向大云山推进。应他们的请求，第九战区同意把集结在长乐街附近的第三十七军第六十师也拉上去参战。九日，日军第十三联队依旧被第一〇二师阻击在甘田附近，但其第二十三、第四十五联队突破了中国守军的阵地。中国军队第五十九师一七七团堵截无效，直到师主力参战后，才把这个方向的日军阻击在了长安桥附近。
十日，日军第四十师团果然与第六师团进行了换防。中国军队第五十八军趁机又掌控了大云山主峰。此时，向大云山增援的第三十七军第六十师抵达战场。第二十七集团军随即命令第六十师归第四军指挥，命令第五十九、第六十师与新编第十师合力围歼日军第十三联队。十一日，三个中国师的联合攻击开始，日军第十三联队因伤亡严重，只能困守待援。
日军第四十师团首先抵达的是先遣部队重松支队。
重松支队由步兵第二三四联队联队长重松洁大佐指挥，该联队缺第二大队，但加强了第二三五联队的第三大队和一个山炮大队。支队出发时得到的情报是：“第六师团已经扫清了大云山的敌人，你们将不会遇到大量敌军。”但是，当重松支队接近被围困在甘田的第十三联队时，遭遇中国军队新编第十师的猛烈伏击。重松支队猝不及防，慌乱中急忙调整应战。——“此一情况完全出乎师团意料之外”。被包围在甘田的第六师团第十三联队趁机脱离了战场，第四十师团的重松支队却成为中国军队围歼的对象。十二日晚，重松支队被迫兵分两路突围。其中的一路由第二三五联队第三大队的后藤寿文少佐指挥，日军拼了一夜的手榴弹，才占领了一个小高地；另一路是支队主力，则完全陷入中国军队第五十八军的围攻。晚上，第五十八军组织起夜袭队，中国官兵的手榴弹下雨一般，日军左突右跑，“重松大佐高呼‘军旗危险’，亲自拔刀在附近一带展开了混战”。十三日黎明时分，激战一夜的重松支队再次遭到中国守军既设阵地上机枪和迫击炮的猛烈打击——“该高地顿时化为凄惨的战斗场所。第十一中队主力虽赶往救援，但敌军火力更加炽烈，士兵相继倒下。十三日夜，该中队后退。”
重松支队苦战之时，第四十师团主力也遭到中国军队的攻击。由于事先得到的情报依旧是第六师团已把中国守军赶走，于是第四十师团命令步兵第二三六联队，在联队长龟川良夫大佐的指挥下，向预定地域推进。十三日上午，龟川联队涉渡白羊田河时，突然受到猛烈射击。龟川良夫立即命令第一、第二大队并列反击。但是，中国军队第五十八军的突击部队已从日军两个大队之间的空隙突了进来，直逼第二三六联队的侧后，甚至逼近了日军的联队部。第四十师团没有料到会出现这样的情形，急忙命令第二三五联队参加战斗。日军的第二三五、第二三六联队，在东西不足三公里的狭窄范围内，与中国军队混战成一团。
十五日，阿南惟几终于明白，扫荡大云山并不容易，第六师团刚刚脱离麻烦，第四十师团又陷了进去，如果不另派部队前往解救，第四十师团就有可能遭遇厄运。晚上，第十一军司令部命令第三十三师团的荒木支队前往解救第四十师团。荒木支队搭乘汽车，于十六日半夜赶赴大云山。但是，当他们抵达甘田东侧时，遭到中国军队新编第十一师的打击。日军只能采取挖掘战壕的方式，一寸寸地向重松支队靠近。直到十八日凌晨，才推进到后藤大队苦战的位置。同时，被困的重松支队终于攻占了中国守军的一个包围支撑点。只是，“该师团的伤亡已达此次作战的半数以上”。
这时候，日军四个师团以上的兵力已在新墙河北岸集结完毕。
中国第九战区司令长官部命令第二十七集团军主力向新墙河南岸转移备战。
大云山作战结束。
日军战史这样叙述了大云山之战：
军曾令第六师团扫荡了横亘于开阔地东侧的大云山（标高一千米），因兵少山大，不仅没有收到多大战果，反而于九月十日引出了重庆正规军四个师的大攻势。按照作战部署，那一带被指定为第四十师团负责扫清的开阔地。该师团自十一日逐次进入，突然与上述之重庆军不期而遇，各部被迫陷入苦战。十五日夜，军才得悉这一情况，立即把荒木支队投入战斗，吃到了没有预料的苦头。
应该特别指出的是，大云山作战中的中国军队成分十分复杂：第二十七集团军总司令杨森是川军将领，所辖的第二十军是他的川军老部队；第五十八军是滇军部队，官兵清一色的云南人；而薛岳的老部队第四军则是粤军部队，但其中的第五十九、第九十师则属中央军嫡系部队；柏辉章的第一〇二师却是一支地道的黔军部队——中央军和各路地方军混合在一起，竟能把仗打得如此有声有色，实在难得。
开战伊始在大云山的遭遇，令日军产生了一种不祥的预感。
九月十七日，日军主力抵达新墙河北岸的出击位置，其阵型是主力师团居中，支队部署在两翼，所有部队一字排开，并列于出击第一线：第四师团在三港嘴附近，第三师团在筻口附近，第六师团在草鞋岭附近，第四十师团在马家桥附近，独立混成第二十六旅团的早渊支队在青冈附近，第三十三师团的荒木支队在甘田附近。只有独立混成第十四旅团的平野大队在战场的最西侧，从岳阳南下洞庭湖，然后沿湘江继续南下，准备于侧翼掩护正面的进攻。
此时，参加大云山作战的中国军队第五十九、第一〇二、第六十师还在仓促回撤新墙河南岸阵地中；新编第十师、新编第十一师还在甘田附近与日军第四十师团一部对峙；第二十军主力也尚在向指定防御阵地推进中。以上部队直到十八日拂晓，才全部进入新墙河南岸阵地。中国官兵们刚刚进入战壕，日军的炮弹就飞了过来。
十八日拂晓，日军第十一军的“长沙作战”开始了。
中国方面称之为“第二次长沙会战”。
凌晨四时，新墙河北岸，日军三百二十二门火炮一起发射。炮火轰击持续一个小时后，战机加入攻击行列。新墙河南岸，中国守军阵地工事坍塌，土石飞溅。接着，日军四个主力师团齐头并进，开始了强渡新墙河的突击作战。
阿南惟几赶到了前沿，兴奋的心情难以掩饰：
六时，由岳州出发，沿被雨水冲洗过的公路南下，超越一百五十毫米榴弹炮段列及早渊支队等部队，于八时到达二〇三高地（筻口西北六公里）战斗指挥所。阴云渐晴，在隆隆的重炮、山炮声中，夹杂着激烈的机枪声。八时三十分，第四师团正面在烟幕掩护下一齐开始前进。八时五十分攻破左岸敌军的第一线，继续前进。通过电话向北野师团长祝贺胜利，并勉奋斗。第三师团正面于七时三十分开始前进，未做攻击准备射击，即突破敌第一线，向大荆街突进。第六师团方面炮声隆隆，只见各处村落起火。一场大规模野战正在展开。统率大军，亲视战况，指挥会战，此正其时。殊感光荣，应谢上苍。
中国第四军防守的新墙河一线各处阵地，同时遭到日军火炮和战机的凶猛打击。第四军刚刚结束大云山作战，部队既没有得到休整，也没能得到补充，前沿的第一〇二、第六十、第五十九师拼死应战，仍无法抵挡住日军强大的火力突击和优势兵力的集团冲锋。尤其是第一〇二师阵地，受到日军第三、第四、第六师团的联合冲击。日军从第一〇二师溃败的阵地横穿而过，迅速冲到长湖、白羊冲的第九十师阵地面前。上午九时，鉴于前沿阵地的全面瓦解，第二十七集团军总司令杨森命令第四军向二线阵地撤退；同时命令第五十八军向杨林街出击侧击日军，命令第二十军第一三四师归第五十八军指挥。第四军在撤退中发生混乱，军长欧震努力控制部队，希望在二线阵地站稳脚跟，但是日军很快就扑了上来。下午四时，第九十师的长湖、白羊冲阵地被日军突破，第一〇二师刚刚占领的二线阵地也被日军席卷。
日军已经大规模深入，正并列急促向南推进。
中国军队失去新墙河一线和二线阵地后，欧震军长不得不命令部队向东面的山区转移。
随着第四军撤退的脚步，日军直扑汨罗江边。
大云山作战后，第九战区没有要求第四军守住新墙河一线阵地，他们的任务仅仅是尽可能迟滞日军的攻击速度。因此，可以说他们完成了作战任务，只是部队损失巨大，其中以第一〇二师为最。第一〇二师师长柏辉章，是黔军中的老资格将领。日军突破新墙河后，柏师长严令三〇四团把失去的阵地夺回来。在团长许世俊的亲率下，中国官兵全歼了占领河边桥头堡的日军，还活捉了一个日军军曹。三〇六团正面阵地遭到日军骑兵的猛攻，柏师长命令该团坚守据点，没有命令不许后退一步。三〇六团官兵浴血苦战，鲜血染红了河畔的草坡。战斗最残酷的时候，柏师长把他的指挥所推进到距新墙河南岸咫尺之遥的潼溪街附近。三〇六团一营的比家山阵地危急，师直属工兵营奉命前往增援。很快，工兵营打得只剩下营长杨炯和三连连长孙逸民等三十一人了。日军向潼溪街方向发起攻击时，杨营长带着官兵们坚守高地，猛烈射杀冲上来的日军骑兵。与此同时，据守古家村的刘威仪团一营在日军的围攻中拼死作战，连长曾德政牺牲；二营代理营长徐锦江率领十八名官兵坚守黄泥港阵地，最终全部阵亡；三营营长孙国桢也在激战中阵亡。在请求军长增援没有得到答复后，柏师长红了眼，他命令副师长到三〇四团督战，自己到三〇五团督战，和官兵们一直坚持到接到撤退命令后才转移。转移途中，第一〇二师的后勤辎重部队和随营家属遭到日军骑兵的追杀。最后，待全师残部撤退到相对安全地点时，活着的军官不足百人，士兵仅剩六百余人，全师伤亡高达百分之九十。看着寥寥无几浑身血污的官兵，柏师长说：
此次战斗到现在，全师仅存官兵六百余人，牺牲损失九成人数。在历次战役中，先期出省的贵州士兵已经伤亡殆尽，军官生存的寥寥无几。历次新兵补充不久，未及训练就匆匆赴战，在敌人的强大炮火下，军官身先士卒，士兵负伤不下战场，全都抱着誓死为国的决心浴血奋战，杀敌报国。殉战的官兵弟兄是军人的楷模，是我们大家的榜样。现在在场的官兵，都是久经沙场富有战斗能力的将士，我们要时时刻刻准备再赴战场，为国献身，努力杀敌，夺取抗战的最后胜利。
黔军第一〇二师的顽强作战，受到了军事委员会的表彰。参谋总长何应钦早年曾任贵州讲武堂校长，柏辉章是讲武堂的学生。何应钦，字敬之，因此柏辉章称他为“敬师”。何应钦发来慰问电：“该师临战奋勇，阻击强敌，保卫长沙，克尽厥功，致嘉勉。对殉战将士深寄哀悼。”柏辉章回电：“敬师钧鉴，生辉所部，每战当敌精锐，痛歼顽寇，伤我士众，生以身存，实深愧疚。嗣当效命奋力，竭尽我责。”——柏师长说他的部队每战当面都是精锐之敌，官兵勇战，死伤众多，而自己还活着，深感愧疚。贵州的父老乡亲在贵阳大南门外建起了一座“国民革命军第一〇二师抗日阵亡将士纪念塔”，以彰显贵州抗战将士的荣耀，纪念血洒抗日战场的贵州好儿男。
为加强湘北主战场的力量，十八日晚，第九战区命令位于修水附近的第七十二军西进，并指挥暂编第五十四师，准备担任反击作战任务；命令第二十军进至王安屋、朱公桥方向，协助第五十八军和第四军侧击南下的日军。十九日凌晨，第二十军由桃树港向朱公桥急促推进。黄昏时分，第一三四师抵达指定位置，第一三三师也抵达枫树桥，军司令部抵达饶村。第五十八军军长孙渡命令新编第十一师到指定位置待命，新编第十师继续在朱公桥附近阻击当面日军。日军第四十师团不断地向中国军队第五十九、第六十、第九十师阵地攻击，双方激战一天，重松支队第三大队大队长古山常磐少佐被击毙。对第四十师团的使用，第十一军司令官阿南惟几与作战参谋主任岛村矩康之间存在着分歧。司令官认为，第四十师团须用于战场的东侧以袭击平江，因为那里是中国军队第二十七集团军司令部所在地；而作战参谋主任认为，第四十师团应该向第六师团靠拢，以加强战场中央突破的兵力。由此，第四十师团自进入大云山受到打击后，南下途中不断地接到相互矛盾的命令，一会儿向左，一会儿向右，导致部队的行动混乱不堪。因出现混乱而牢骚满腹的还有第四师团。部队突破新墙河后，配属的坦克和野战重炮部队，因为道路完全被中国军队破坏，根本无法前进，只能返回出发地。没有了坦克和重炮的支援，第四师团的步兵拥挤在一起向汨罗江靠近——“师团向左岸推进极为困难，道路为宽一至一点五米的粘土路，中间铺石部分仅余宽约四十厘米，每隔二十米，道路两侧即挖有反坦克壕，暗夜中路旁两侧的水田泛滥，变成潮湿地带，又无迂回道路可寻，全体部队在已被破坏后仅存的路上继续前行，加以重庆军的抵抗，成为此次作战中最艰苦的一次行军。”
十九日傍晚，日军第四、第三和第六师团分别抵达汨罗江北岸的石头铺、长乐街一线。第六师团一部甚至已经从磨刀石附近渡江，与南岸中国守军第三十七军在颜家铺、浯口一带接战。
防御汨罗江南岸的中国军队力量单薄，只有第三十七军四个团编制的第九十五、第一四〇师以及第九十九军三个团编制的第九十二、第九十九师。但是，薛岳还是按照原定方案，决定在汨罗江两岸与日军决战。其部署是：第三十七军和第二十六军沿汨罗江一字摆开，从平江以西一直到湘江岸边，全线固守正面阵地，利用汨罗江天险拼死阻击；同时调动战场上的两翼部队，对日军实施夹击。为支援步兵作战，薛岳把战区直属炮兵旅拉到了汨罗江南岸。
薛岳这种死拼硬打的方案，在第九战区司令长官部内引发分歧。有人认为，现在与日军决战的兵力不够，须等王耀武的第七十四军和李玉堂的第十军上来。目前只能节节抵抗以争取时间。第二十六、第三十七和第五十八军应依汨罗江、捞刀河交替抵抗，到浏阳河南岸后转为防御。待第七十四军和第十军抵达战场，再一起实施反攻。但是，薛岳没有接受这一建议。十九日，第九战区发布了作战命令：
一、第三十七军（欠第六十师）守备浯口亘骆公桥之线，第九十九军之第九十九师守备骆公桥以西亘营田迄湘阴之线，第九十二师推进于三姐桥以北彭家煅附近占领阵地，各师均归第三十七军军长指挥。
二、第二十六军军部及第四十四师即开金井，第三十二师集结金井，第四十一师向将军霸推进，准备作战。
三、第七十二军改调平江，准备参战。
四、战区炮兵指挥官王若卿，率炮兵第一团，即开金井。指挥该团及重迫击炮第二团，先协力第三十七军之守势作战，拒止由长乐街南犯之敌，尔后支援第二十六军攻势。
五、工兵第五团仍归第三十七军指挥。
这一命令意味着：第三十七军被置于汨罗江南岸宽大的正面阻击日军；第二十六军在第三十七军的南面，即汨罗江以南、捞刀河以北的二线阵地，以备日军冲破第三十七军的防线后再次实施阻击；第七十二军则被命令赶赴汨罗江战场的东侧，以向南下日军的侧背实施攻击。随后，薛岳又命令位于战场东侧的第二十七集团军全力向汨罗江北岸的日军侧背发起攻击。
毫无疑问，中国军队的正面阻击是在诱敌，真正的打击将来自汨罗江战场的东侧，其作战指向是南下日军的侧背。
决战在即，重庆军事委员会命令第六战区抽调出第七十九军、第七战区抽调出暂编第二军，命其增援第九战区。
但是，薛岳的作战命令被日军截获了。
日军推进到汨罗江北岸后，十九日晚，第十一军参谋长木下勇拟出了二十二日向汨罗江南岸发动总攻的命令。按照日军的作战方案，总攻将沿着岳阳到长沙的公路向南推进，然后在捞刀河以北向东面的金井和西面的湘江扩展，并以第三、第四师团为主力向长沙实施中心突击。由于第六师团师团长神田正种向军司令部提出了从侧翼包围中国军队的建议，这一建议引起了军司令部的讨论，导致总攻命令没有及时发出。就在这个关键时刻——二十日晨——第十一军司令部获得一份情报，即侦听部门破译的薛岳将集中主力从东面侧击日军的命令全文。
为证实这一重要情报的可靠性，日军立即派出侦察机飞到现场核实，结果发现中国军队第二十六军确实正由浏阳地区向北面的金井方向移动，中国军队的动向与情报中的部署完全一致。
阿南惟几立即决定，变更原作战方案，将主力移向战场东面的瓮江地区，从中国军队试图侧击日军阵形的外围，对中国军队主力实施合击。各师团的进攻方向是：第四十师团由平江向洞阳迂回，第六师团向瓮江以东包抄，第三、第四师团向瓮江东南方向攻击前进。
二十一日，日军各师团开始行动。
这一天发生了日全食。
日全食发生的时候，“太阳变成下弦的月牙形”，天地间“犹如黄昏时的微暗”。
交战的两军都不知这将预示着什么。
日军第三、第四、第六师团以及早渊支队，由骆公桥、新市、杨家仓、伍公市、磨刀滩、浯口等渡口，分成数路强渡汨罗江。防守汨罗江南岸的中国守军第九十五、第一四〇师进行了顽强抵抗。这两个师防守的地段，位于汨罗江与洞庭湖间的三角地带，这是一个尴尬的死角：日军不来不敢撤退，日军来了难以脱离。日军的攻击开始后，第九十五师和第一四〇师伤亡很大，阵地相继被日军突破。二十二日，日军在航空兵的支援下，发动了更为猛烈的攻击。日军第三、第四师团以一部正面攻击中国守军的阵地；第四师团主力则由第九十九师与第九十五师的接合部突进；第三师团主力从西面的浯口方向对第一四〇师右翼实施包抄。第九十五师师长罗奇、第一四〇师师长李棠，分别命令所属部队向两面阻击日军，严令不准擅自撤退，违者军法从事。二十三日拂晓，日军第三师团从第一四〇师右侧突入，日军的便衣队四处出击，主力则向双江口阵地猛攻。第三十七军各师面对日军两个师团的进攻，顽强抵抗了三天。至二十四日上午，正面阵地多处被突破，两侧的日军已迂回到纵深。第一四〇师后方收容所被日军突袭，伤兵大部被杀。全师陷入包围，各部队联络中断，官兵各自为战，师长李棠率残部冲出包围圈向南撤退。第九十五师顽强顶着日军第四师团的攻击，一直坚持到下午才接到向南撤退的命令。
日军第六师团留下小部队作局部攻击，师团主力开始沿着汨罗江向东横向移动。按照作战命令，他们要从当面中国军队第三十七军的阵地前，横向移动到第二十六军的阵地北面去。天色灰暗，背靠河流，田间小路泥泞不堪，机械化装备移动艰难，再加上从中国军队防御阵地的眼皮底下横向移动，绝对违反作战常规，因此官兵们普遍感到紧张不安：“全体官兵在日全食的这一天，跌倒爬起，满身泥水，奋力前进。神田师团长也与官兵一起，沿着敌军既设阵地艰苦行军。在无限忧虑的心情中，本日勉强进至谷溪源（瓮江西北四公里）。”因横向移动而筋疲力尽的第六师团，很快就与中国军队第二十六军撞上了。此时，按照薛岳的命令，第二十六军第四十四师刚刚从汨罗江二线战地抵近瓮江^在日军优势兵力的冲击下，部队很快支撑不住向后撤退。日军第六师团急促推进，对第四十四师形成了包围态势。二十二日，第二十六军军长萧之楚命令第三十二师火速解围。但是，第三十二师与同样正在东移的日军第三师团遭遇，激战一天后，第三十二师被迫南撤。包围第四十四师的日军第六师团猛烈穿插，一直突进至瓮江口，绕到了第四十四师的侧后。第二十六军军长萧之楚急令第四十一师前往堵截。日军第六师团一面应对第四十一师，一面不顾一切地继续推进，二十三日其先头部队抵达金井附近。鉴于第二十六军已被日军完全分割，第九战区命令该军后撤到蒲塘，各师尽力靠拢，组成环形阵地，继续阻击日军。第二十六军战至二十五日，环形阵地被日军突破，残部向金井东南转移，试图与从平江南下的第七十二军会合。
第二十六军之所以很快就垮了，是由于在战场侧翼受到日军三个主力师团的合攻。
此时，日军第四十师团也赶到了金井附近。
在这个方向上，无论是中国军队第四军，还是日军第四十师团，实际上都在向同一个方向推进。第四军执行的是向汨罗江东侧集结，以对日军进行侧击的命令；而第四十师团执行的是向金井方向推进，以对中国军队实施反包围的命令。两军不可避免地形成了混战局面。二十日，第四军第九十师对日军第四十师团进行侧击，即刻受到日军的凶猛反击，第九十师这才发现自己攻击的并非日军的侧背，而日军的反击倒是来自自己的侧背方向。第九十师边打边撤，日军趁机从第四军第九十师与第三十七军第六十师之间的缝隙插进来，随即攻击了第六十师的侧背。二十一日，日军第四十师团在航空兵的支援下，继续攻击前进，中国军队第九十师退往东港、黄泥岭，第六十师退往马嘶洞，第五十九师退往风角尖。
日军第三、第四、第六师团把中国军队第三十七军和第二十六军包围并击溃后，乘势向栗桥、福临铺、金井一线推进，三个师团凶狠地并列南下，却遇到了中国军队另一个军的阻拦，即刚刚赶到战场的第十军。中国陆军第十军，军长李玉堂。其下辖第三师，师长周庆祥；第一九〇师，师长朱岳；预备第十师，师长方先觉。该军奉薛岳的命令，从株洲以南的衡山北上石湾、金井、高桥一线，加入到汨罗江两岸与日军的决战中。部队由衡阳和渌口乘火车到长沙，然后开始步行。连日阴雨，道路泥泞，官兵没有防雨装备，背着子弹袋、米袋和军用毛毯，周身湿透，精疲力竭。二十二日晨，第一九〇师抵达高桥，其先头部队抵达金井。此时，日军已击溃中国军队的正面阻击部队，正大举南下企图对实施侧击的中国军队进行包抄。李玉堂率第十军司令部抵达高桥后，立即部署了作战行动。
二十三日晨，奉命向班召庙方向推进的第一九〇师前卫，与日军第师团前锋在长岳公路上迎头遭遇。刚上战场的第十军官兵喘息未定，对战场环境与周边敌情全然不知。第一九〇师前卫刚与当面日军发生战斗，就接到了迅速北上解救第三十七军第一四〇师的命令。第一九〇师决定留下五七〇团继续阻击日军，师主力则向白杉桥方向推进。五七〇团一度冲到了黄泥岭，师主力也攻到了白杉桥，但部队伤亡很大。更严重的是，日军第三师团一部插到了第一九〇师的右后方，第六师团一部也越过第二十六军右翼，对推进到金井附近的预备第十师发起了攻击。刚刚抵达了金井西北地区的预备第十师认为，东北方向有第一九〇师扼守大路，瓮江方向有第三十七军防守，他们这里是相对安全的。于是，疲惫不堪的官兵准备睡上一觉。谁知，半夜，日军突袭了他们——日军快速部队从浯口取崎岖山路，袭击了预备第十师一个营的宿营地，酣睡中的中国官兵遭日军乱刀砍杀，瞬间就伤亡数百人。预备第十师各部在黑暗中盲目抵抗，彼此完全失去了联系。直到拂晓，师长方先觉才初步弄清情况。
终于，第三十七军第一四〇师从大头岭以北突围而出。
日军第三师团不再管第一四〇师，直接南下向第一九〇师扑来。
二十四日，日军第三师团主力推进到竹山铺附近，围攻第一九〇师五六九团阵地，五六九团阵地被突破后，官兵向南突围。该师的五六八团与师部一起转移，途中与日军遭遇，激战中伤亡甚重，残部向福临铺方向溃逃。日军展开了猛烈追击，第一九〇师师长朱岳负伤，年仅三十八岁的副师长赖传湘阵亡。
二十五日，日军第三师团占领福临铺。
第四师团和早渊支队开始向中国军队第十军第三师发起进攻。
二十六日，第三师阵地被日军突破。金井、栗桥失陷。
当面日军长驱直入，在中国军队第三十七军和第十军的后方横冲直撞。第三十七军军部遭到袭击，第十军军部被日军包围，军长李玉堂和参谋长带领特务营侥幸突围而出。
预备第十师师长方先觉的强烈感受是，日军的猛烈穿插令中国军队各部队均猝不及防：“我们刚离开第一个指挥所，日军就抢先把我们第二个指挥所打烂了，破坏了通讯。他们有空军优势，侦察情报准确及时，行动迅速，使我们上下失掉联络，指挥意图无法下达，部队群龙无首，遇有情况无心应战，一味后退，战斗力完全丧失，以致我们这次如此惨败。”
到此为止，不但薛岳在汨罗江两岸围歼日军的作战企图没能实现，这个方向的中国军队反而因受到日军的围攻而损失惨重。
日军在汨罗江以南击破中国军队的防御后，于九月二十五日前后陆续进抵捞刀河北岸。
长沙城已经遥遥在望。
二十四日十七时，日军第十一军发布向长沙方向全面追击的命令：
一、军决定以一支有力部队扫荡歼灭金井方面包围圈内之敌，并以主力向长沙追击敌军。
二、第四师团应经黄花市向浏阳河口附近追击敌军，并及时渡过浏阳河向长沙东侧地区继续追击。
三、第三师团应经上沙市向金潭附近追击敌军，并在该地渡过浏阳河向长沙南侧地区继续追击。
四、第六师团应急速进入北盛仓附近捞刀河河谷，如敌第七十四军已进入该河谷，应即就地将其击破。
五、第四十师团应从二十四日夜至二十五日，扫荡金井包围圈内敌军，以后于金井附近准备追击。
由于第九战区在汨罗江两岸与日军决战的行动被日军各师团的急速东移、包抄、围攻所打乱，因此，当日军突破汨罗江向捞刀河乃至长沙推进时，第九战区要想重新部署战场上零乱的部队，必会既艰难又被动。
中国守军在捞刀河以北的部队有：
第九十九军第一九七师在湘江口南岸的青山、芦林潭附近与日军平野支队对峙，第九十九、第九十二师在捞刀河北面的粤汉铁路以西地区；
第七十二军奉命由修水向西移动，现位于平江以南地区；
第二十六军被日军击溃后，从瓮江、蒲塘一带向南面的石湾、更鼓台、文家场屋转移整顿。
在捞刀河以南的部队有：
第七十九军奉命从常德、澧县向长沙增援途中，其先头部队第九十八师已经抵达岳麓山；
暂编第二军奉命从曲江向长沙增援，正在乘火车开往株洲的途中；
第三十七军第九十五师位于麻林市附近；
第七十四军奉命由江西分宜向西移动，其先头部队第五十七师抵达洞阳，第五十一、第五十八师位于浏阳附近。
显然，重新整理战线已经没有时间，而长沙附近的现有部队无法阻挡日军四个师团的联合攻击。
二十五日，薛岳下达命令：第七十九军防御捞刀河两岸地区，保卫长沙外围；限暂编第二军二十六日抵达指定位置待命；第七十四军兼程向长沙以西的黄花市推进，在捞刀河岸的春华山、赤石河、夏家塘、石灰咀一线占领阵地，准备抗击日军。
把最强的部队第七十四军顶到第一线，用以迟滞日军对长沙的进攻，这是薛岳此时唯一能够做到的。
但是，薛岳的命令再次被日军情报部门截获。
中国军队中央军精锐部队第七十四军的出现，令日军第十一军司令部“顿时为之震动”。阿南惟几在当天的日记里写道：“敌军以国家处于存亡关头激励人心，将兵力送往战场，第七十四军也于十五时进入浏阳北方的新开市（浏阳西北偏北约三十公里），全线敌我均呈紧张状态。”夜半，第十一军司令部讨论后认定：“敌军为最精锐部队，不与之交战即行撤退，则将被敌利用进行反宣传，须避免此等情况发生。”阿南惟几调整部署：命令第三、第四师团向捞刀河以南突进；解除第六师团攻占平江的任务，命其在捞刀河河谷拦截中国军队第七十四军；解除第四十师团在捞刀河以北围歼中国军队第二十六军等残部的任务，命其从金井地区迅速南下加入攻击第七十四军的行列。——日军四个师团张网以待，等着王耀武的第七十四军到来。
二十五日，第七十四军军长王耀武命令先头部队第五十七师占领携刀河北岸赤石河、春华山一线阵地，掩护军主力集结。黄昏时分，第五十七师一六九、一七〇团抵达捞刀河南岸的天鹅山。前锋搜索队与日军遭遇后，才知对岸春华山阵地已被日军占领。春华山位于长沙城东三十公里处的捞刀河上游，通往湘北和江西的公路从附近经过，控制了该地便可以西下长沙、南通株洲。第五十七师当即对日军发起进攻，经过一夜激战，中国官兵攻克春华山，占领了这处战略要地。二十六日拂晓，第五十八师主力在天鹅山、永安市一线展开，击退日军的反击后，占领了春华山至东林寺之间的要点。
二十六日，蒋介石电令薛岳：
湘北之敌，经各部队奋勇截击，其势已疲，其兵站线亦不易推进，此为我军截断敌人后方覆灭敌寇之良机，希我全体将士，抱定必须灭敌之决心，纵敌进抵长沙附近，更须再接再厉，抱定必胜信念，猛烈向敌截击，迫使敌人无法立足而击溃之，以争取最后胜利，发扬湘北再捷之光辉。
同一天，蒋介石致电恩施第六战区司令长官部陈诚、老河口第五战区司令长官部李宗仁、上饶第三战区司令长官部顾祝同，命令他们在各自的战区内向日军发动攻击——“遵限实行，勿得迟误为要。”
此时，从第六战区抽调的第七十九军第九十八师和暂编第六师已经抵达长沙，其第八十二师正兼程向长沙靠近。
薛岳决定战场部队和增援部队一起合力向日军实施反击。
薛岳的反击，取决于王耀武的第七十四军的作战结果。如果第七十四军能够遏制住日军的疯狂推进，为各路增援部队的抵达赢得时间，在战场上形成对中国军队有利的态势，反击作战或许能够取得效果，至少日军攻占长沙的计划将严重受挫。
二十六日上午八时，根据薛岳的指示，王耀武命令第五十七师从赤石河向麻林街攻击，第五十八师从春华山向路口畲攻击，第五十一师从李家巷向沙市街攻击。命令要求各师必须在十二时以前抵达攻击位置。
二十七日凌晨五时，第五十七师师长余程万指挥该部向当面日军第三师团发起了攻击。天还没亮，日军在第七十四军的突然袭击下一阵慌乱，稳住阵脚后急忙请求航空兵支援。天亮了，日军三十架战机飞抵战场，协助第三师团进行反攻。战斗中双方均死伤严重。王耀武命令第五十一师步兵指挥官李翰卿，率一七一团和补充团，迂回到日军第三师团的东侧实施侧击。李翰卿少将身先士卒，在突入日军阵地时阵亡，他的死极大地刺激了士气，官兵们不顾一切地向日军冲锋。此时，第五十七师的左侧开始受到日军第四师团的攻击。在日军两个师团的夹击中，第五十七师激战至下午，伤亡达三千余人。
第五十八师在师长廖龄奇的指挥下，在春华山阵地击退日军第六师团的攻击后向永安推进。二十七日拂晓，日军第三、第六师团在三十多架战机的助战下开始反攻。第五十八师很快被切割成数段，各级指挥都失去了联络，全师呈现出崩溃态势，但每一个局部依旧在抵抗。在永安市附近，第五十八师与日军陷入苦战：
石井部队乘占领永安市的余势，一气向其南方约一公里的一四七高地一带敌阵地进攻，但敌军抵抗极为猛烈，重庆军在二时许，在冲锋号声中，猛然转入反攻，反复达三次之多。到处展开手榴弹战，在燃烧的永安市中进行着凄惨的白刃战。森胁大队的两名中队长战死，攻击受挫。当时联队长全部兵力仅为森胁大队、土屋大队及军旗中队的不过四个步兵中队。于是，石井联队长请求将第八中队归还联队，并立即配属于第一大队。但第八中队初战以来经多次激战，兵力丧失过半，仅剩下中队长竹下喜兵卫中尉以下四十八名。森胁大队长决心拼死战斗，亲自指挥第八中队的一个小队，并由正面部署中队主力潜入敌阵的间隙，一齐发起冲锋，冒着迫击炮的密集炮火潜入敌阵，突破手榴弹的火海。经过激烈的交手战后，于二十七日五时终于夺下一四七高地。重庆军勇敢进行了多次反攻，但在森胁大队长挥舞战刀带头冲锋下一一予以击退。石井联队长于六时，继森胁大队之后，攻击前面的敌军，并命令土屋大队（第七中队为基干，配属独立山炮兵第三联队第六中队）尽量由东方联系第一大队攻击前面之敌。准备向永安市东南侧地区攻击的土屋大队，在山炮的紧密支援下，于八时三十分向一五六高地北侧台地发起冲锋，当即占领该地。重庆军在大举进行猛烈掩护射击的同时，并以手榴弹反复进行肉搏攻击，展开了激烈的争夺战。在此期间，得到山炮的紧密协助，过午才保住了该地。但第七中队一次丧失了中队长西谷诚太郎大尉以下全体干部，中队的伤亡达到六十余名。
军长王耀武急令第五十一师迅速前出，占领有利地形以阻击日军，并收容第五十八师的溃兵。但是，二十七日凌晨，日军第六师团平冈联队的第三大队，在刺杀了三名中国哨兵后，猛烈突袭了第五十一师驻地，刚刚抵达战场的第五十一师猝不及防：
……曾认为仅有少数残敌的我大队官兵，也对敌军如此之多大为吃惊。所有的房屋中都住满敌军。这个第五十一师是由大约一百一十公里东方的宜春附近急进，刚刚到达战场的。其后，联队自右方起第三、第一、第二大队展开全力继续猛攻，步炮一体展开歼灭战，仅在洞阳市附近的鹰林大正面，即取得了敌遗尸六百九十具，缴获重机枪四挺、捷克机枪七挺、步枪七十支等的战果。使敌濒于溃灭。午后，新成为前卫的第二大队（大队长小镐庸胜中佐）也顺利继续追击。当夜扫荡了跃龙市（洞阳市南十五公里），仅尖兵第八中队即缴获捷克机枪五十六挺，步枪一百零三支等。这样，联队毙敌第五十一师副师长以下多数敌军……二十八日进入镇头市。
黄昏时分，迫于日军的强大压力，第五十一师师长李天霞擅自将阵地向东退缩。结果，第七十四军的整体防线上出现了一个巨大的缺口，第五十七师的阵地也随即被日军突破。入夜，日军以大兵力袭击了第七十四军军部，将军部直属部队打散。军长王耀武率卫士紧急突围，卫士排长被俘后被日军砍死，王耀武在夜色的掩护下得以逃脱。
经过一天的战斗，第七十四军的三个师只有第五十一师还算比较完整，第五十七、第五十八师残部只有向第五十一师靠拢。
二十八日凌晨，第九战区命令第七十四军撤出战斗，向战场的两侧转移。本指望第七十四军能够在长沙东北方向抵挡住日军的攻势，但没想到第七十四军溃败得如此之快。第七十四军溃败后，第九战区在长沙附近已经没有强有力的部队了——战区的主力已经残破，增援部队很难迅速形成作战态势。
就在王耀武的第七十四军与日军第三、第六师团激战时，日军第四师团沿着粤汉铁路左侧迅猛地向长沙突进，并派出骑兵部队向长沙城奔袭。冲在最前面的是从第十三师团抽调来临时配属第四师团的早渊支队。
无论是重庆的军事委员会，还是长沙的第九战区司令长官部，都没有估计到日军会攻击长沙城，因此未在长沙近郊以及市区做防御作战的准备。
薛岳准备放弃长沙了。
二十五日，第九战区司令长官部从长沙转移到了湘潭。
二十七日，早渊支队前锋抵达了石子铺，这里距长沙城已不到十公里。此时，中国军队第七十九军第九十八师抵达了长沙以北两公里的新河街、九尾冲、杨家山一线，并派出一个营向石子铺方向警戒，这个营立刻发现了早渊支队的前锋并与之接火。第九十八师师长王甲本决心在此抗击日军，随即命令一个营原地坚守阵地，主力则向石子铺方向出击迎敌。在长沙以北的三窑堂、白茅铺一线，第九十八师与早渊支队主力遭遇。早渊支队得到了航空兵的支援，猛烈的空中打击令第九十八师伤亡惨重，阵地很快被日军突破。早渊支队迅速强渡浏阳河，于当天下午二时二十五分冲进长沙城。
早渊支队单刀直入冲入长沙城，长沙城内的市民还未及外出避难，而从北向南败退的第九战区部队也在涌入长沙城——日军“最初曾加以俘获，但终于应接不暇，不得不在市街北部将其击退，使向湘江方面溃逃”。
几乎与此同时，奉命从广东增援而来的暂编第二军暂编第八师已赶到长沙东郊。但暂编第八师只有一个旅，官兵刚发起攻击就被日军压制了。师主力试图向长沙急行军，但道路被难民壅塞无法前进。
二十八日，第七十九军暂编第六师抵达岳麓山。薛岳命令该师渡过湘江进入市区，把早渊支队赶出城去。暂编第六师在师长赵季平的率领下，强渡湘江攻入长沙城，与早渊支队展开巷战。巷战持续之时，日军第三、第四、第六和第四十师团全部抵达长沙外围。
更严重的是，日军第三师团一部渡过浏阳河后，绕过长沙，继续向南直接冲向了株洲。日军第三师团一部向株洲的孤军深入，显示出其胆大妄为以及对中国军队的极度蔑视。日军一路南进，与撤退中的中国军队混杂在一起，不断激战不断伤亡，但却“一心向株洲挺进”。二十九日九时三十分，日军第三师团步兵第三十四联队第三大队冲入株洲城。
同一天，日军第四师团主力进入长沙城，在长沙体育场举行了军旗奉拜仪式。此时，从四川温江机场起飞的九架中国空军战斗机飞临长沙上空，在城北向日军山炮第十九联队的阵地俯冲扫射，并投掷了三十多枚炸弹。日军在中国战场上首次受到美国人的攻击——“这是美国支援的陈纳德志愿飞行团的第一次出击。”
十月一日，日军第十一军司令官阿南惟几陷入了一个欣喜与苦恼相互交织的矛盾境地。欣喜的是，他上任军司令官以后，第一次指挥大规模作战就取得了重大战果：第十一军不但攻占了长沙，甚至攻到了株洲，连中国军队精锐的第七十四军也被他打得七零八落。苦恼的是，按照作战计划，第十一军的任务已经完成了，必须迅速回撤至出发地。放弃付出巨大代价占领的长沙和株洲，这令阿南惟几心有不甘，但他知道大本营不会同意第十一军长期占领长沙，第十一军的兵力也不允许他这样做。可是，如果按照原路回撤，不可避免地要与中国军队的围追堵截作战——尾随上来的中国军队已经抵达长沙城外围。而就在这时，一个令阿南惟几的所有欣喜顿时烟消云散的消息传来了：在距长沙上千公里的湖北宜昌，据守在那里的第十三师团突然遭受中国第五战区部队的大规模围攻，局面已经岌岌可危。——一旦宜昌丢了，不但长沙作战会转瞬失色，他本人还很有可能受到大本营的严厉处分。所以，必须迅速带领部队返回，并且设法援救宜昌。
十月一日，日军第十一军下达了返回命令：第四十师团先行，第三、第四和第六师团并列。其中，第四十师团和第六师团在右，经永安市一麻峰咀一长乐街路线北返；第四师团在左，沿长沙一湘阴一线北返；第三师团居中。
鉴于阵前撤退是一件很危险的事，为册应阿南惟几的第十一军北返，日军华北方面军发动了强渡黄河的作战，以吸引和牵制平汉路南段的中国军队，避免这个方向的中国军队加入追击围歼第十一军的作战。只是，日军华北方面军无论如何也没想到，他们这次钳制性的出击作战，竟然一下子把中原地区最重要的城市郑州攻占了。
中国的黄河，在抗战期间，是一条令中国人心绪复杂的河流。
当时驻扎在郑州两翼据守黄河河防的中国军队是：东侧从花园口、中牟、尉氏、扶沟、西华，一直延伸至商水周家口一线，为第三集团军第十二军的防地。第三集团军总司令孙桐萱，同时还兼任第十二军军长。第十二军的防区从黄河岸边的花园口起，弯弯曲曲地由北向南，足有两百公里之长。郑州的西侧是孙蔚如的第四集团军。两个集团军同属卫立煌的第一战区指挥。
沿黄河与中国军队对峙的日军主力，是华北方面军的第十二军第十五师团，师团长原田熊吉中将。
这一带久无战事，对峙双方也就是不断地派出侦察或情报人员。相安无事的日子里，出现了一个特殊的情况，即利用黄河封锁线走私。
由于中国军队的生活必需品，如食盐等物资，必须从黄河对岸的日军占领区运来，因此，来往于黄河两岸的中国军队的情报人员，除了每天写一份“敌情和黄河水位与流速”的报告外，最主要的事情就是利用工作便利来回捎带货物。黄河两岸物品的差价非常大，一来一往能赚不少钱，这让走私成为当地国民党军将领发财的一条捷径。——“军统局、指挥机关、游击队、战地服务队等等，都巧立名目，在河口设立办事处、联络处等，都以派人过河‘搜集情报’为名，实际上干走私行当。”走私活动给防区的军事带来很大隐患，作为驻守一线河防的孙桐萱部很是为难，既要防止日军情报人员混入，又要照顾上级和友军的关系。
一九四一年十月三日夜，日军第十一军各师团开始从长沙北返，日军第三十五师团配备着骑兵、炮兵、坦克兵和航空兵向郑州河防发动攻击。
日军主力的突击方向之一是中牟的黄泛区。
当日军派出小股部队向黄河边靠近的时候，河对岸的中国守军第二十二师的前哨发现有人想偷渡黄河，立即报告。但是，从连长到营长都认为这是“奸民”在偷渡以便“走私贩货”。凌晨三时，日军突然增大兵力强渡，在火炮和坦克的配合下分三路大举向南进攻。中国河防部队寡不敌众，伤亡惨重，黄河河防被日军突破。参与阵前登陆的日军军官的看法是：
由二日晨开始渡河到正午是第一期作战的最危险时期。如果在此期间，中国军乘我渡河中途，进行逆袭，其结果将不堪设想。因为炮兵分离不能支援，在广阔正面展开的第一线步兵部队，相互间也不能联系。
尽管孙桐萱立即部署防御，但天亮后，大批日军战机对郑州市区以及附近的中国守军阵地实施了猛烈轰炸，日军步兵同时开始了一轮接一轮的地面进攻。四日，中国守军拼死抵抗，日军所到之处的村庄，没有来得及撤离的村民也手持农具参加了战斗。孙桐萱赶到前沿，鼓励官兵发扬西北军的光荣与日军血拼到底。五日，中国守军和中国村民们与日军的对抗进入惨烈阶段，以致日军每攻占一个村庄，便对村民进行不分男女老幼的残忍杀戮。郑州附近是平原地带，日军机械化部队横冲直撞，中国守军武器低劣，根本无法阻挡日军的推进。
很快，日军靠近了郑州。
孙桐萱决定放弃郑州。
在通知郑州的工厂、银行、机关等单位撤离后，第三集团军部队逐次撤退到郑州以南构筑工事。此时，战场附近突然出现了汤恩伯的部队。汤恩伯在孙桐萱部队的阵地附近布防，并声称丢了郑州的孙桐萱部如果再后撤，就要把他们全部消灭。汤恩伯还扣留了战区运送来的物资，甚至还扣留了押运弹药的第三集团军的军官。孙桐萱盛怒之下，命令部队去打欺人太甚的汤恩伯部，被部下劝阻后，他只有向战区司令长官卫立煌告状。可是，孙桐萱是西北军出身的杂牌军，哪里能与中央军嫡系部队讲道理？一肚子委屈的孙桐萱派人带上他的亲笔信去重庆，请教他的老上司冯玉祥该怎么办。冯玉祥给孙桐萱写了回信：“当前的出路只有一条，就是整饬部队，爱护民众，努力抗日。只要为抗日死，即使全军覆灭，第三集团军也能万古流芳。孙桐萱能战死抗日沙场，做一个抗日民族英雄，是可以含笑九泉的。”
无论如何，日军第三十五师团仅用了不到三天时间，便占领了中原地区最重要的城市、平汉铁路上的交通枢纽郑州，这足以说明中国军队的黄河河防形同虚设。
中国军队突然撤离郑州，普通百姓没有预料到。之前由于日机轰炸，城内的居民大多跑到城外躲避去了。在田野里躲藏了几天后，不回去就意味着饿死或冻死，听见枪炮声渐渐稀落下来，郑州的居民又往城里拥挤。他们与撤离的中国官兵擦肩而过。这些官兵炸毁了发电厂和营房，“他们随意拋弃武器和军服，偷窃老百姓的衣服、自行车、食品和其他有用的东西。星期六早上，郑州好像就是空城了”。这时候，日本的骑兵部队突然冲进了郑州。为防止中国军队反击，日军的第一件事就是构筑街垒和碉堡。但是，从第二天起，沦陷的郑州坠入了恐怖的地狱。美国记者贝克当时在郑州城内，他看见完成街垒构筑的日军开始了有系统的抢劫：
为储藏碎铁、小麦、棉花、大麻以及走私来的日货，都建起了仓库。所有这些物资在收走之前都贴了封条。对中国强盗现在是一经发现，就开枪击毙。据说，日本人这下子从国家仓库里搞到了大批走私货。至于小麦，那就更多了，因为夏季从郑州附近的农民那里征收的公粮大都被放在了这里。美造的军用汽车，穿梭般地在黄河两岸往返，最后都把这些物资送到了开封……任何人想躲开日本人都会遭到枪杀……沦陷期间，发生的不可思议的暴行一直接连不断，其令人震惊的程度，不下于南京大屠杀和早期日军所到之处的暴行……为了构筑工事和运送抢劫来的东西，日本人征用了他们所能找到的人和民夫，而不管有无劳动力，都得整天干活，不给饭吃。当他们喊饿时，就给盐吃，用以取乐。如果他们听错了命令，就被杖责或用刺刀枪杀。其中，有些只是由于不懂日语，就被加重残害。试图逃跑的，就被活埋……我听说，有两个女孩为了逃避强奸就把周身弄脏，结果，她们被用刺刀枪杀了。
三十一日，日军第三十五师团撤离了郑州。
负责善后的少量日军和汉奸们撤退时很从容：
十月二十九日，汉奸们讨价还价，把最后一批小麦以十二元一斗售光，就带着最漂亮的妓女回开封去了。翌日，大多数日本人也走了，方向是东北面的新桥梁，那里升起了缕缕烟云。据说，他们把搞到手的走私日本货都烧掉了，这是为了制造新的需求。十一月一日，这座城市如此平静，以致有些传教士就大胆进城，以便看看日军后卫如何撤离。这些日军顶多不过十多名，动作很从容，显得很有自信。他们将个人抢来的东西装好卡车，就开走了。此后还不到一小时，难民们就涌进来了。警察没有出现。几个小时之内，又发生了更多的抢劫以及抢匪之间的打斗。一批人手持刀斧，涌向日本人用电线搭成的路障。没等任何权威人士到来，那些电线和电线杆就都被砍走，不见了，它们都被穷人用了或卖了。下午，有些国民党部队开进了城。大捷就这样完成了。
日军向黄河北岸返回时，遭到中国军队的不断袭击，一个名叫鲤登的日军少将被打死。起初，中国军队第八十一师的敢死队在一座寨子里遭遇日军并发生肉搏战，全歼寨内包括联队长小林大佐在内的百余名日军。在小林大佐的尸体上，中国官兵发现了文件和地图，得知这股日军的总指挥官是鲤登少将，其指挥所就设在黄河岸边的一座大庙里。中国官兵当即包围上去。攻击时，又接到日军飞机给鲤登空投下来的文件，文件上标明了掩护鲤登部队回撤的路线。中国官兵在这条路上设伏，猛烈袭击了鲤登和他的卫队。为了抢救鲤登，日军的数十门火炮向中国军队猛烈轰击，还空投了伞兵以加强鲤登的卫队，但鲤登少将还是被中国官兵击伤，最终因伤势严重而死亡。
就郑州作战而言，日军的最大收获是在黄河南岸平汉路西侧的霸王城附近建立起一个桥头堡阵地，由第二一九联队的两个步兵大队和一个炮兵大队驻守。这一桥头堡阵地，为后来日军打通南北大动脉的攻势作战，提供了至关重要的支撑。
此时，在南面的湖北战场上，阿南惟几获悉了日军第三十五师团从郑州撤退时遭到猛烈追击的消息，这让他越发感到阵前撤退的巨大危险。同时，宜昌方向的第十三师团的告急电报不断传来。阿南惟几这才意识到，最大的危险不仅是阵前撤退，还有当他贸然攻击长沙时把宜昌丢了。
日军第十一军进攻长沙期间，按照重庆军事委员会的电令，为配合第九战区作战，中国军队第三、第五和第六战区分别向当面日军发动了范围广泛的袭扰。
第三战区九月二十三日开始行动。担任鄱阳湖东岸、湖口至安徽境内长江南岸防御的唐式遵的第二十三集团军，对当面日军第一一六师团所据守的长江沿岸主要据点发动了多次袭击；担任宣城以东、太湖以西苏皖边界地区防御的上官云相的第三十二集团军，向当面日军第十五师团的各个据点及重要交通线实施了攻击；担任钱塘江两岸至浙江东部沿海防御的王敬久的第十集团军，向当面日军第二十二师团发动攻势，破坏了嘉兴附近的铁路；担任福建沿海防御的刘建绪的第二十五集团军，对厦门岛和闽江口的日军发动袭击，一度攻占了南日岛；特别是在距离岳阳很近的南昌附近，刘广济的第一〇〇军在南昌周边对日军第三十四师团各据点频繁发动进攻，前进到牛行、乐化和南昌近郊，夺取了楼前市、黄溪渡等要点。
第五战区主要以破坏铁路和公路为重点。从九月二十五日开始，李品仙的第二十一集团军以大别山为基地，在广济至武汉之间，向日军独立混成第十四旅团和第四十师团一部防守的长江北岸据点以及日军第三师团一部防守的平汉路南段，发起了多次攻击；何柱国的第十五集团军和汤恩伯的第三十一集团军，在淮河南北地区向津浦路以南的日军据点发动攻势，陇海铁路徐州至开封段、平汉铁路信阳南北段，日军防御的铁路线受到多处打击；孙连仲的第二集团军以桐柏山为基地，向平汉铁路花园至孝感之间以及应山、随县等地出击，一度攻入随县县城；王缵绪的第二十九集团军以大洪山为基地，向京山、钟祥附近的日军据点发动袭击，破坏了京钟公路。
第六战区行动最晚。
中国第六战区是在日军占领宜昌后的一九四〇年七月成立的，所辖部队有长江上游江防军、第二十集团军、第二十六集团军等，共十个军二十七个师。战区当面日军是防守宜昌和当阳的第十三师团、防守当阳以东襄河以西的第三十九师团，还有掩护交通线的独立混成第十八旅团等部队。日军第十一军发动长沙作战后，第十三师团奉命抽调出早渊支队前往参战，独立混成第十八旅团也调往第四师团原驻地接防。因此，宜昌方向的日军兵力大大减少。第十一军开始长沙作战时，重庆军事委员会命令第五战区所辖的第三十三集团军暂归第六战区指挥，蒋介石连续发出三道电令，督促第六战区趁机把宜昌夺回来，限定发动攻击的时间是九月二十三日。
第六战区的攻击部署是：吴奇伟的长江上游江防军第二、第九十四军和第八军之第五师等七个师作为主力攻击宜昌；周磬的第二十六集团军第三十二、第七十五和冯治安的第三十三集团军第三十九军攻击当阳，负责切断汉宜公路，阻止日军第三十九师团向宜昌增援；冯治安的第三十三集团军第五十九、第七十七军进攻荆门，与第二十六集团军协同作战；霍揆彰的第二十集团军第五十三、第七十三、第八十七军向鄂南的白螺矶、沙市和江陵进攻，切断汉京公路，阻止日军向宜昌增援。各部队开始攻击的时间为九月二十七和二十八日。
但是，直到九月三十日，日军第十一军主力已全面强渡捞刀河，其先头部队早渊支队已接近长沙时，第六战区对宜昌的攻击才正式开始。
令人不解的是，一向以情报收集准确及时自居的日军，竟然完全没有获悉中国第六战区将进攻宜昌的情报。即使阿南惟几从宜昌方向调出部队参加长沙作战时，有消息说中国军队正向宜昌方向移动，日军的情报部门仍旧没有任何反应——由此导致“第十一军从长沙返回时，第六战区司令长官陈诚指挥下的约十五个师，为夺回守备薄弱的宜昌蜂拥而来”。
宜昌被日军认为是直接威胁重庆的“最尖端的要冲”，也是轰炸重庆的最便捷的前沿基地，更是动摇中国抗战意志的一个前锋要点。日军知道，“当地居民自占领以来一年余，表面装作归顺，但其反面，一直从事于最前线的激烈的情报活动”。——中国统帅部从宜昌民众那里得到了大量有价值的情报，特别是得知长沙作战开始后，日军从宜昌方向抽调出大量部队，宜昌周边和城里只剩下第十三师团的第六十五、第五十八、第一〇四联队。因此。中国方面认为：只要在荆门和当阳方向阻击住可能增援的日军，必定能将宜昌夺回来。
第六战区对宜昌的攻击虽然启动晚了，但行动坚决且果敢。宜昌外围兵力薄弱的日军据点立即陷入恐慌中。在北面龙泉铺地区凤凰观据点，日军第六十五联队正在举行宴会，祝贺第一大队大队长山本义雄少佐升任旅团副官和第二中队中队长高桥东太郎升任大队长。突然，中国官兵冲了过来，整个据点遭到毁灭性打击。在双莲寺地区仙人砦据点里的警备队几乎被全歼。在宜昌的东部和西部，日军在激战中纷纷溃退。宜昌西部地区是隔着长江俯瞰宜昌的重地，由日军第五十八联队和山炮一个大队防御，中国军队居然在这一方向集结起一百多门大炮，第九十四军的八十四个连在炮火的支援下猛扑过来，攻击的凶悍程度令日军心惊胆战：“以无声息的肉搏，连夜顽强持续攻击。其攻击极为壮烈，甚至将棉被盖在通电的铁丝网上进行冲入。拂晓后，正准备对冲入阵地的数十名敌兵加以捕捉时，刚一接近，他们就用手榴弹集体自杀。”
十月三日晚，中国军队对宜昌形成了包围态势。
日军第十三师团是组建于一九〇五年日俄战争时的老部队，曾强行登陆库页岛迫使俄国守军投降。但是，一九二五年日本大裁军时，该师团的番号被取消。一九三七年九月，中日战争全面爆发，第十三师团才在仙台重新组建。新组建的部队在师团长荻洲立兵中将的指挥下，被派往中国上海参加淞沪会战，之后参加了津浦路作战、徐州会战和武汉会战，是侵华日军的主力师团之一。一九三九年八月，荻洲立兵调任第六军司令官，师团长由田中静一中将继任，部队又参加了第一次长沙会战和枣宜会战。日军占领宜昌后，田中静一调任宪兵司令官，师团长由内山英太郎中将继任，部队驻守宜昌地区。
内山英太郎无论如何不会想到，这个老资格的日军师团会陷入如此糟糕的境地。四日，他在部署宜昌最后防御时，发现外围据点已纷纷崩溃，中国军队正从四面八方涌来，而他的手上根本没有部队可以用来防守宜昌城。他组织起一支“宜昌防卫队”，防卫队的士兵都是由没有任何作战经验的各类后勤人员组成——“组成完毕后，检查了人员的军装。当时，内山师团长、秋永参谋长等问到，有无步枪实弹射击、刺枪等经验时，竟无一人具有这样的体验。师团长内山中将大为吃惊，但另一方面由于这些士兵还是东北（日本本州东北部地区）的健儿，所以尚抱一线希望。”更令内山英太郎心烦意乱的是，九月四日这天，由东京浅草来的一个演出慰问团抵达了宜昌。无法得知这个演出团是如何通过中国军队的包围圈进入宜昌城的。内山英太郎命令演员们去野战医院护理伤员，可演员们被伤员们的悲惨情景吓坏了，这个命令随即被迫取消。但是，“因情况紧张，对宜昌市内的警备，除当地的日侨、军乐队（第十一军派遣的）等外，就连这个慰问团的成员也都拿起了武器”。
十月七日，中国军队经过激战，逐渐向宜昌市区压缩，宜昌城内的日军濒临崩溃。那个临时组织起来的“宜昌防卫队”，在师团通信队长鸟居贞雄大尉的指挥下，虽然拼命射击，但阵地前的一百米却总是死角，因为所有人都“不能有效射击”。而鸟居贞雄本人“站在矮墙上”，其指挥方式是不停地比划，“据说在守军们看来就像恶神一样”。结果由于目标格外显眼，“该大尉不幸大腿受到贯通枪伤”。入夜，内山英太郎向第十一军司令部发出紧急求救电报：“敌总兵力为北正面九个师，西正面三个师，南正面两个师。敌的一部由我配备的空隙潜入，内外呼应，似在企图夺回宜昌。”然后，他给驻扎汉口的日军第三飞行团团长远藤二郎少将写了一封亲笔信，告知第十二师团已经“抱定玉碎之决心”，“务乞”远藤三郎“前来宜昌”以交代“善后对策”。
远藤三郎接信后，“决心向敌炮击下的宜昌飞机场前进”。
八日晨，远藤三郎乘坐的轻型轰炸机在宜昌机场降落。他发现宜昌城内的危机远比想象的严重得多。内山英太郎对他说，第十三师团连伤员和后勤人员都上战场了，但愿在机场还能使用时哪怕空运来一个分队的兵力也好。谈话间，“两将军的眼中闪烁着泪花”。
远藤三郎返回后，日军第三飞行团对包围宜昌的中国军队进行了猛烈轰炸，同时开始紧急空运增援部队。八日一天，日军出动作战和运输机六十四架次，九日达到一百二十五架次。这天，当阳方向的日军第十九师团一部，突破中国军队阻击后急速西进，于下午二时三十分到达宜昌。
中国军队的攻击依旧十分顽强。距离第十三师团司令部仅千米的外围阵地东山寺度发可危，中国官兵的前赴后继、昼夜作战极大地挫伤了日军的士气：“在我阵地前，战死的重庆士兵的尸体，连长在前，军官继后，在地面上排成了金字塔形。在一名战死重庆军连长精心记载的日记本上，写着对部下士兵的无限信任和明天（十日）必将占领宜昌的必胜决心。”
十日，阵亡的中国连长盼望的胜利之日，日军第十三师团师团长内山英太郎绝望了，他作出四项决定：
一、烧毁步兵第一〇四联队军旗——军旗一旦送回，即安置于地下壕内，旁边准备一罐汽油。
二、烧毁机要、秘密文件。
三、决定师团长、幕僚、各部长的自尽位置，做好设备及烧掉尸体的准备。
四、致军司令部的最后文电的拟稿（秋永参谋长取得许可，将文电译成密码，放在衣服口袋内）。
师团参谋长秋永力专门指派副官酒井留四郎，在师团长、参谋长都自尽之后，设法携带电文突围出去，争取逃到长江对岸的第五十八联队那里，然后向大本营报告。
八日深夜，远藤三郎来到第十一军司令部，见到了刚从岳阳返回武汉的军司令官阿南惟几，“恳切地报告了宜昌的困境”。当阿南惟几听到“第十三师团长及幕僚决心一死”时，断然命令第三十九师团师团长澄田赉四郎指挥江北所有兵力迅速推至宜昌地区，首先歼灭宜昌东侧的中国军队；并命令刚刚从长沙方向回撤的第三、第四师团紧急增援宜昌。
十月十日，“双十节”。
凌晨二时，中国军队对宜昌发动了最后的总攻。攻击受到突降大雨的严重影响。等待增援的日军宜昌守军拼死抵抗，第三飞行团不顾天气恶劣倾巢出动，极力遏制中国军队的攻势。天亮后，中国军队第二、第三十二军和第七十五军第十三师等攻击部队，在攻占了宜昌外围最后的几个坚固据点后，一股部队终于从东面突入宜昌城内。内山英太郎将他的师团司令部移到了战壕里。日军的战机疯狂地轰炸扫射，地面部队施放了大量毒气弹，中国突击部队因伤亡巨大又撤到了城外。第六战区紧急调整部署，准备再攻，但此时日军增援部队已经靠近，最先冲进长沙城的早渊支队以连续作战的惊人速度返回，会合了宜昌以东的第十三师团第一〇三旅团向宜昌突击而来。
十日，大雨依旧。
为避免陷于被动，重庆军事委员会电令第六战区停止攻击。
十一日，还是大雨。
日军第三十九师团主力抵达宜昌。
中国军队第六战区部队已经撤离。
日军增援部队给阿南惟几发出的电报是：“错过攻击时机，实感抱歉。”
宜昌作战结束了。
中国军队付出了巨大伤亡代价，但最终功亏一篑。
只是，日军更加深刻的体会到：战争进行到此，已不是日军随意主宰战场的时候了。
正如阿南惟几担忧的那样，从长沙北返的日军沿途遭受了严重损失。在猛烈追击、侧击和堵截日军的严令下，中国军队对回撤的日军展开了多路攻击。第七十九军第九十八师背对湘江，日军第四师团为打开回撤的通道，向该师据守的鹤羊山阵地猛攻，中国官兵誓死不退。连长余应勇阵亡后，继任的两位连长也相继牺牲。两军肉搏在一起，小山上血肉横飞，仗一直打到阵地上只剩下十五名中国士兵。十五名士兵在副师长的带领下，与守湘阴的第九十九师取得了联系，迂回到日军第四师团的背后猛冲猛打，打死了日军第一一六联队第一大队大队长川崎进和第二大队大队长横泽三郞。五日，第四师团主力抵达汨罗江南岸，配属其指挥的早渊支队因紧急增援宜昌，由营田乘船急速北返。
湘阴城是日军回撤的必经之地，日军的军需物资以及伤员都要通过这里北运。守城官兵是中国军队第九十九军第九十九师二九五团一营。基于日军轮番向湘阴城发动进攻，一营在营长曹克人的指挥下拼死血战。正是宜昌危急的时刻，为了尽快回撤增援宜昌，第十一军命令平野支队尽快攻下湘阴，打开北返的通道。日军投入了千人以上的兵力，并空投了伞兵对湘阴城形成合围。一营官兵四百余人抵挡日军达五天之久，血战到最后一刻全营伤亡殆尽，营长曹克人和另外十八名官兵因负伤被俘。为了泄愤，日军将他们残忍地凌迟处死。四日，荒木支队赶到，日军进占湘阴城。之后，平野支队与荒木支队一起经营田水路北返。
第六师团在捞刀河以北的福临铺遭遇中国军队阻击，五日傍晚抵达汨罗江北岸。第三师团在枫林港以北，遭遇中国军队第九十九师主力以及第九十二师一部的阻击，双方的交战一度陷于胶着状态。第三师团全力突击，才得以摆脱第九十九师的纠缠。然而，第九十九师后退了，第九十二师主力又围上来了，炮火的轰击十分猛烈。由于第三师团被限期回撤，因此只有改变回撤路线，一面阻击中国军队的攻击，一面向右翼的第六师团靠拢。第四十师团十月一日夜开始回撤，在金井附近遭遇中国军队第二十军的攻击，师团拖带的一千二百名伤员被滞留在该地，师团主力不得不一边与中国军队作战，一边掩护兵站输送队转运伤员，直至七日晚才抵达汨罗江北岸。
第二次长沙会战，日方统计的数据是：中国军队遗弃尸体五万四千具，俘虏四千三百人；日军战死一千六百七十人，负伤五千一百八十四人。这个统计显然严重夸大了中国方面的损失，缩小了日军的伤亡。但从中国方面的相关史料看，参战各部队的损失接近百分之五十。
日军发动此次作战，显得盲目而轻率，作战期间差点把宜昌丢了便是例证。中国方面大力宣扬“第二次长沙大捷”，以此鼓舞士气和民心，提高中国抗战的国际形象，从政治角度看可以理解。在这次会战中，在重庆军事委员会的指导下，各战区都做了战略和战役协同，特别是第六战区对宜昌的进攻颇有声势。这种协同在以前的诸次会战中是很少见的，由此显示出中国军队在作战全局意识上的某种进步。
但是，第九战区的所谓“伯陵防线”，乃至“诱敌深入”的战术，在此次作战中暴露出诸多问题。例如，一直说日军第十一军处在第三、第五、第六和第九战区的包围中，亦即中国军队对日军第十一军始终呈现着外线作战的有利态势。但是，从日军敢于发动大规模攻势的角度看，这种判断站不住脚，因为战略外线并不等于战役外线。当日军集中兵力，对准中国军队防线上的某一个局部发动大规模纵深突击时，中国军队的这个局部即刻便会陷于被动状态。而“诱敌深入”一说，在此次作战中几乎没有得到体现。在汨罗江两岸与日军决战，只是第九战区的一厢情愿。第九战区设想中的日军突击到此的颓势，并没有出现；而中国军队主力也没有按照“诱敌深入”的原则保持在战场的两翼，他们大部分被放置在日军攻击的正面拼死阻挡，以致部队伤亡惨重。
再者，第二次长沙会战期间，相邻各战区虽然有协同，但由于投入的作战兵力不大，没有一处令日军感到疼痛，可以说，并没有充分发挥战略外线的作用。即使是第六战区对宜昌的攻击，也因为发动时间过晚，兵力不够集中，最终无功而返。设想一下：如果第五战区能够同时积极行动，切实切断汉宜公路和京汉铁路南段，或许能给第六战区再争取几天时间，克复宜昌也不是不可能的。而在日军对郑州的攻击中，中国军队最大的失误，是听任日军在黄河南岸建立了一个桥头堡阵地，这将在一年后的战事中显现出对中国方面极其不利的后果。
第二次长沙会战后，第二十七集团军总司令杨森的作战检讨是：中国方面对敌情的判断过于主观；友军之间依旧彼此不信任，导致缺乏必要的协同；部队运动往往因迟缓而贻误战机。至于中国军队的素质低下和军纪涣散，虽然是老问题，但杨森的实话实说还是令人吃惊：
各级指挥官统率能力薄弱。敌突过新墙河南岸后，我各部官兵辄多因敌骑骤至，望风披靡，官长全失掌握，士兵四处溃散，纷纷到平江、浏阳，络绎不绝，甚至团长亦有只身后遁者。既不见官长收容，复不见自动集合、寻觅部队。本部曾令受训始回之张德能师长，多方截堵收容，奈以能截堵地方有限，收容者不过什一，但亦在千以上。其他地方可以想见。后闻此等溃兵，有到醴陵、攸县、衡阳者，以此概计，名为一军一师，其实作战未终伤亡者不过十分之一二，溃散逃亡者十分之五六，战场作战者亦不过十分之二三而已……部队官长平时教育不良，约束之无方可以概见。奉行命令不彻底，甚至对所受任务取巧规避。各部常因战斗情势恶劣之际，对命令多取怀疑态度，毫无自信能力，不肯排除万难，尽最大努力，以致迟缓徘徊，系图一己苟安，不顾整个战局。例如，担任侧击及非敌主力方面之攻击部队，每以一个军或师辄为敌数百人所抑留与牵制，不肯取断然手段歼灭或驱逐敌人，而保持对峙状态。甚至在此战局极度紧张时期，不肯拼命与友军协力，反抛弃任务，率部遁入深山，事前并不通知上级指挥部与邻接有关友军，而将有线无线通信停止，故意隔绝，致命令无法下达，事后见敌退去，始出而电询战况敌况者，大有人在。
第二次长沙会战后，成为全国舆论焦点的事件，是蒋介石下令以“临阵脱逃”的罪名，处决了第七十四军第五十八师师长廖龄奇。廖龄奇和他的副师长张灵甫同为黄埔军校第四期毕业，两人都以能征善战闻名。特别是廖龄奇操一口流利的英语，这在中国军队带兵打仗的师长中实不多见。但也许正因为才高过人，加上国民党军中复杂的派系，廖龄奇与陈诚、白崇禧、薛岳，甚至与军长王耀武，都存在着严重的隔阂。此次长沙作战，第七十四军因被薛岳放在了抵御日军进攻的正面，全军陷入苦战，而第五十八师师长廖龄奇因战前请假去江西吉安结婚，顺便转道回老家湖南祁阳省亲去了。长沙丢失，自然要追究责任，薛岳提出了应该受到处分的将领名单，包括第二十六军军长萧之楚、第三十七军军长陈沛和第十军军长李玉堂。蒋介石没有采纳薛岳的名单，因为他知道第三十七军和第十军在作战中还是卖力的。特别是，萧之楚在庐山军官训练团时，曾与薛岳分任第一、第二营营长，两人积下过旧怨，这一点蒋介石心知肚明。而当薛岳提出廖龄奇时，立即得到了陈诚和白崇禧的支持。廖龄奇虽是黄埔出身，属蒋介石嫡系派别，且在以往的历次会战中无不是率部坚守战场，但这一次，蒋介石不但没有反对，反而赞同了薛岳的意见——蒋介石知道，所有的将领都在盯着他如何对待“临阵脱逃”的黄埔系。在幕僚们多方奔走说情未果的情况下，十月二十二日，廖龄奇被押解刑场执行了枪决。
执行者宪兵第十八团团长姚应龙的执行报告：
奉手令：“第五十八师师长廖龄奇临阵脱逃，着既枪决可也。并奉主任贺批‘奉谕交宪兵第十八团团长姚应龙立即执行具报’”。遵即于本（二十二）日午后二时三十分会同钧会警卫团第一营营长郑畴，在侍从室将该师长廖龄奇提出，验明正身，解赴南岳市蒋家垄执行枪决矣。该师长当写遗嘱三件：一呈其母处理家事；一致其表弟托照应家庭及结算师部账目；一致其妻劝改嫁。此外并无他语。理合检同该师长遗留物品单一纸，抄呈遗嘱三件，暨执行情形，呈报鉴核。
贺，即重庆军事委员会办公厅主任贺耀祖。
事实上，廖龄奇得知部队开往湘北战场后，曾从湖南祁阳乘车赶回，指挥部队阻击南渡汨罗江的日军，直到部队从汨罗江北岸撤退后，他安置好因伤亡严重亟待整理的部队，才又返回老家去了。
廖龄奇的被处决，引起了国内和军内舆论大哗，愤愤不平的第五十八师官兵差点哗变。
但是，这位年仅三十六岁的师长的命运，很快就被动荡的历史湮没了。
一九四一年，国际环境剧烈的动荡和变化着。
这种动荡和变化波及亚洲。
突然，一个令世界目瞪口呆的消息传来了。
在浩瀚的太平洋上，日本海军突袭了美国海军太平洋舰队。
此前，没人能够料到，这一爆发于大洋深处的战事，将深刻的影响中国抗日战争的进程，也将深刻的影响世界历史的进程。