一九四一年十二月八日凌晨——日本偷袭珍珠港之时——在中国内地与香港分界线上的内地一侧，侵华日军第二十三军第三十八师团第三十八旅团旅团长伊东武夫，带领步兵第二二九、第二三〇联队以及炮兵第三十八联队，在漆黑的夜色中潜伏在深圳附近茂密的芭蕉林中。三时四十分，日军大本营向第二十三军发来暗语：“花开，花开。”
第二十三军司令官酒井隆回复：“‘鹰’命令已经发出。”
同时，第二十三军司令部向躲藏在芭蕉林里的伊东武夫发出了进攻命令。伊东部队即刻跃出芭蕉林冲入深圳河。
“花开，花开”的意思是：日本已经在太平洋上动手。
“‘鹰’命令”，指的是日军进攻香港的作战命令。
中日全面战争爆发后，中国东南沿海主要港口相继落入日军之手。但是，“虽已对中国沿岸海面进行了封锁，但一直不够严密，无数帆船以香港为中转基地，横行于华中、华南沿海一带，到处形成了向腹地走私的通道”。至一九四一年底，香港成为重庆与国际保持联系的唯一门户，国民政府在香港设有军政部武器购入部、外交部办事处、交通部办事处等机关。“香港港湾仓库里的军需物资堆积如山”，大量的国际援助通过香港转运至内地，启德机场与重庆之间保持着每周的航班往来。因此，早在一九三九年底，日军大本营制订下一年度作战计划时，就已将攻占香港列入其中，但前提是英、美在欧洲参战以后。
为了顺利地攻占香港，一九四〇年六月，日军华南方面军第十八师团进行了广九作战，攻占深圳、宝安和沙头角等边界一线，彻底阻断了香港与中国内地的陆路通道。尽管日方极力避免与英国发生冲突，但日军逼近港中边界的行为，还是引起了香港的巨大恐慌。“六月，香港出现了许多不祥之兆的传说，中文小报声称长城内下了六月雪；上海的太阳还出了晕圈。二者都是收成不好或刀兵之灾的征兆。”六月二十八日，香港公布妇女儿童以及与保卫香港无关人员一律离港的总督令；还颁布了类似进入战争状态的一系列社会法令，包括征用载重汽车、驾驶员必须登记以及关于土地、房屋、船舶、车辆和飞机的征用条例。——“中国居民中，富人为防盗，购买了更加结实的铁门并砌高了围墙。而他们爱国的孩子们的团体，却给重庆的蒋介石夫人送去一面锦旗。中产阶级大量储粮，穷人跑去向算命先生问吉凶。难民们只要还逃得起，就都转向珠江口对岸的葡属澳门。”
香港当局极力表示，英国人定会个个都是保卫香港的好汉：
英语报刊对东方的坏消息一律不登载，对欧洲的坏新闻也多方避免。其手法一是拖延，二是突出鸡毛蒜皮的好消息，最后是一再重复英国的光荣历史。在报道法国的最暗淡消息的同时，报纸就发表社论，高谈阔论香港的财政问题以及对历史影片日益增长的兴趣等。有家报纸竟然发表了这样一封读者来信，说对保卫香港是勿需担忧的，因为任何英国人都能在几小时内学会持枪杀敌。
香港的中国人很快就会知道，当日军真的冲到英国人面前时，他们将是什么样子。
七月，日军大本营命令重炮兵第一联队和独立重炮兵第三大队移至广东。七月下旬，日军参谋本部又从中国东北和华中地区抽调航空兵部队集结于华南。
这些消息令香港更加人心惶惶。
此时的英国为抵御德国已是焦头烂额：“一九四〇年五月十日，德军开始了西线大攻势，在优势机械化部队和空军主导力量的闪电战面前，英军拋弃了全部装备，在同月下旬由敦刻尔克撤退回本土；法国军队溃退，于六月十七日贝当政府投降。一向君临七大洋（北太平洋、南太平洋、北大西洋、南大西洋、印度洋、北冰洋、南大洋）的大英帝国的命运，现在似乎已成风中残烛。”而日本人最关心的是：德国何时在英国本土登陆？当然，在日本人看来，这只是时间问题——“大英帝国的崩溃已是预料中的事了。”
这样一个英国，无暇顾及香港。英军参谋总长迪尔对此辩解道：“即使我们能够向远东派遣强大的舰队，面对已在中国大陆上站稳脚跟的日军，能否确保香港仍属疑问。在任何情况下，香港都不能作为一个前进海军基地使用。对于既不能救援，又不能长久抗战的香港，只能做尽可能长期保持的前哨阵地。对于主张加强守备部队的压力，应当坚决顶住。”于是，英国只从遥远的英属加拿大，向香港派来了两个步兵营和一个通信连。
日本人认为，他们攻占香港的时机终于来了：“欧洲战局如此急转直下，必然要对南方各地区的政治局势带来很大的变化。法属印度支那，荷属东印度群岛，已成为失去本国的殖民地，香港也已孤立无援。过去我们曾力求彻底切断列强的援蒋行动，但未获成功。多年来苦于寻求解决中国事变的途径，并渴望形成东亚自给圈，以对付英、美的经济压力。如今形势的发展，对于希望进入自给圈一环的东南亚地区的日本来说，真是难得的好机会。六月十日意大利作为德国的盟邦参战，日本朝野上下，为德国的闪电战所激动，跃跃欲试。一时街头巷尾充满了‘不要赶不上公共汽车’的暗语。”日本陆军普遍认为，攻占香港，最低限度可以阻断英美对蒋介石政权的援助，从而再度迫使重庆政府在坚持还是屈服面前作出选择。
香港已在日军的虎口之下。
香港总督兼全军指挥官是杨慕琦，香港英军总司令是玛尔特比少将，他们能够指挥的部队大致如下：罗松准将指挥的加拿大旅，辖皇家步枪团一营、威尼帕古_古拉那达司团二营；瓦利斯准将指挥的香港步兵旅，辖皇家苏格兰旅二营、密道尔·赛克斯团一营、拉吉普特七团五营（印军）、旁遮普蒂十四团二营（印军）；玛古·劳德准将指挥的皇家炮兵团，辖第八重炮营、第十二重炮营、第九六五独立炮兵连、第五高射炮营和新加坡炮兵队所属的两个山炮连；考林松准将指挥的海军，官兵约八百七十名，有驱逐舰三艘、炮舰四艘、鱼雷艇八艘、巡逻舰十五艘以及少量的陆战队；撒利潘中校指挥的空军，官兵约一百名，有鱼雷轰炸机三架和水陆两用机两架；总督直属部队还有皇家工兵、通讯、辎重、军械勤务、卫生、宪兵等各队。
以上部队共计一万余人。
蒋介石知道仅凭这点兵力，香港无法抵御日军的进攻。于是向香港派遣了军事使节团，帮助建立起由香港人组成的义勇军，规模大致为一个团，由英军上校劳兹指挥，辖七个机枪连、四个炮兵连、一个高射炮连和工兵、辎重、通信、救护等小队，总计兵力一千七百二十人。
香港乃弹丸之地，少量的高射炮遮蔽不了天空，几门岸炮也封锁不了海岸，构筑的所谓防线仅仅是依低矮的山包挖掘出的一条步兵战壕而已，根本没有防御纵深可言。——所有这一切，日本人很清楚，他们依旧精心准备的原因只有一个：虽然是在中国的领土上，但他们攻击的对象包括了“西洋鬼子”。
一九四一年十一月五日，日本天皇批准了对美、英、荷的作战计划。十二月二日，日军第二十三军正式下达攻占香港的命令：
一、帝国决心对美国、英国、荷兰国开战。
二、本军即将开始攻占香港。
三、佐野兵团、北岛部队及本军飞行队，根据波集作命甲第一百三十四号命令，立即对香港开始攻击。
八日凌晨，日军第二十三军航空队扑向了香港启德机场。
香港上空云雾弥漫。
日军战机飞抵机场上空四千二百米处，率队作战的土生大佐并没有看见机场上停有战机，只看见附近的海面上泊有几艘英军舰船。土生大佐认为，英军的飞机可能提前得到消息跑了。但是，当护航的战斗机和轻型轰炸机一起俯冲的时候，终于发现在启德机场的一角英军战机整齐地排列着。日军轰炸机把携带的三百五十公斤炸弹全扔了下去，之后战斗机反复俯冲扫射，英军的战机瞬间全毁。——英军的战机之所以全部停在机场上，是基于英军指挥官下达的这样一道古怪的命令：“鱼雷轰炸机在黄昏或拂晓，为攻击日本海军主力舰或重巡洋舰的好时机。在此时机到来之前，全部飞机不准离开陆地。”
日军先遣部队第三十八旅团冲入了香港境内。
边境上已无英军。所有道路、田垄，一切能通过人马的地方都挤满了人和马，进击犹如怒涛一般指向边界。向东南侧的铁舟桥在一个半小时内，渡过了轻坦克、汽车三百余辆、马四百匹，人员约一千名。东面第二十三军炮兵部队的炮声轰鸣。步兵第二二九联队于九时在沙头角西侧突破边界，向大和市开始进击……从粉岭到石湖墟，不见敌踪，据驻民说，英、印兵已向九龙方向退却……到达大和市北面的铁路桥时，突然受到两挺机枪的直射，部队遭到兵力不明的英军的抵抗，在此瞬间，尖兵中队散开并开始还击，第一大队也随之展开队形。约三十分钟后，英军后退。日英冲突的第一个回合就此短促的结束。
日军伊东先遣队兵不血刃的突破了边界。
十一日，日军逼近九龙要塞。由于突破边界的行动过分顺利，以至于第二十三军司令官酒井隆产生了某种警觉，认为英军要不就在九龙要塞里企图依据坚固工事抵抗，要不可能还有战术上的更大陷阱。因此，攻击需要足够的准备，特别要等重炮部队上来，于是命令各部队停止前进。但是，一个令日军司令部震惊的消息随即传来：日军的一支部队竟然直接冲进九龙要塞，并发来电报说他们已占领了要塞核心高地。日军第三十八师团师团长佐野忠义无论如何不相信这是真的。至少在当时，日本人对赫赫有名的大英帝国军队充满了惧怕。他们认为，如果在没有准备好的情况下，贸然进攻英军防守的坚固要塞，将会遭受空前的损失。但是，前往现场调查的师团参谋长回电了：步兵们不但冲进了九龙要塞，而且确实占领了制高点金山。
防御九龙要塞主阵地的，是瓦利斯指挥的英军香港步兵旅。主阵地环绕着铁丝网，由地下交通壕连接着五个以上的火力点。但是，当日军小部队摸上来的时候，各据点里居然都没有配备火力。负责守备的中队长吉姆斯大尉的解释是：“由于对陈旧落后的地下阵地不满意。”堡垒受到攻击后，瓦利斯旅长认为这里地形险要，日出前不宜进行反击。于是一直等到天亮，瓦利斯督促皇家苏格兰大队反击被日军占领的堡垒，苏格兰大队的大队长持反对意见，认为他的有限兵力不可能完成反击任务。瓦利斯旅长认可了这一理由，他向玛尔特比总司令报告说：“强迫大队长去执行他认为无把握的计划是无益的。”
日军很快就冲到了苏格兰人面前。冲在最前面的是一个叫山本的中队长，其奋不顾身的举动像要实现“武士道置生死于度外似的”，弄得他的传令兵在后面疯狂地追赶。山本很快发现了从主阵地撤下来的皇家苏格兰旅的一个连队，但同时他也被苏格兰人发现了——山本立刻被密集的子弹打倒在地。后续的日军狂风一样冲击上来，苏格兰人伤亡惨重地仓皇撤退。“十一时三十分，玛尔特比总司令决心撤出九龙并向杨慕琦总督作了报告”，之后“发出了向香港岛撤退的命令”。
九龙半岛上唯一的坚固防御阵地，就这样莫名其妙地丢失了。
日军一直冲到维多利亚海湾的北岸——隔着海湾就是香港岛了。
此时，几个擅自行动的日军——第三十八师团少尉伊藤三郎和小池礼三，他们都曾是奥林匹克运动会的游泳选手——从九龙这边的鲤鱼门到对岸香港岛的东北角之间，海湾水道狭窄，大约只有一千米左右，因此两个少尉认为他们可以游过去。他们以能游泳四公里为挑选条件，迅速组织起一支敢死队。但是，敢死队员们下了海才感觉不对劲。尽管这是南方，但十二月的海水依旧冰冷刺骨，加上身上的装备很重，仅游了五分钟就不行了。返回后，发现淹死了十几个人。
十二月十三日，日军向香港总督发出劝降书：
我善战之攻城炮兵及英勇之空军已做好准备，香港覆灭弹指可待。香港命运已定，胜败不言自明。我攻城军念及贵军之命运及香港百万无辜民众，不能一任事态之推移。溯自开战以来，贵军虽努力作战，但如继续抵抗必将断送百万无辜男女老幼之生命，此皆为贵国骑士精神及我国武士道所不忍，望总督深思，立即承诺举行献城会议。倘不接受本劝告，余只有忍泪诉诸实力，以使贵军屈服。
杨慕琦总督拒绝投降：“我等自信尚有作战的能力，而且我等对大英帝国国王尚未完全尽到忠诚的义务。”——总督的拒绝很快传到英军官兵中，但总督的这番话变成了“在日军于香港登陆以前投降，是大英帝国体面所不允许的”。据此，英军官兵的普遍理解是：只要日军在香港岛登陆，英军就可以投降。
杨慕琦总督拒绝投降后，日军对香港岛实施了猛烈的飞机轰炸和炮火轰击。日军独立重炮第二、第三大队，使用了二百四十毫米榴弹炮以及全部的重炮将香港岛上的炮台大部摧毁。日本海军也出动了第二十一航空队的三十多架战机，炸毁英军驱逐舰一艘，击沉英国商船两艘。十七日，随着一百五十毫米加农炮的开火，日军新一轮的轰击再次开始，香港总督官邸四周落下了雨点般的炮弹。中午，日军再次派出军使劝降，还是遭到了杨慕琦总督的拒绝。黄昏时分，日军第二十三军下达了登陆香港岛的命令。
英军的败局已定。
十八日，日军首先对登陆地的炮兵阵地等军事设施进行了破坏性轰击。二十时五十分，日军分成数路开始强行登岛，一个小时后其前锋登陆成功，香港旅的拉吉普特营溃散。自十九日黎明开始，瓦利斯旅长命令部队反击。随着英军反击火力的逐渐加强，日军登陆的后续部队遇到阻力。英军的鱼雷艇也驶人了海湾。同时，英军步兵在北角、黄泥涌、毕拿山、赛马场、香港饭店等地与登陆的日军展开激战。从加拿大增援香港的加拿大旅旅长罗松准将阵亡。英军之所以还在苦战的原因，来自蒋介石派来的军事使节团团长陈策对英军的承诺，他说六万多的中国军队正在向港中边界集结，很快就会向日军的背后发起攻击。但是，六万多的中国军队至今没见到影子，英军的阵地已在日军强大的攻击面前不断丢失，各路反击都没能奏效。二十三日晚，残存的英军被压缩在湾仔山峡等狭窄的地域内。二十四日，军事使节团团长陈策乘坐一艘民间小艇逃离香港，途中受到日军的射击而中弹负伤。二十五日，总督杨慕琦召开防卫委员会议，对是否投降进行咨询，该委员会决定对日本的劝降置之不理。消息传出后，日军的飞机和火炮立即对残存英军躲藏的湾仔山峡、歌赋山、扯旗山、西高山等地实施了集中的轰炸和轰击。下午，英军总司令玛尔特比评估了形势，认为主要阵地已经全部失陷，能够机动使用的火炮只剩下八门，炮弹所剩无几，十五时四十五分他向杨慕琦总督作出了“无法进行更有效抵抗”的报告。
很快，英军第一线阵地上举起了白旗。
十八时二十分，香港总督杨慕琦和英军总司令玛尔特比前往日军指挥部正式向日军投降。
一九四一年十二月二十六日凌晨一时，日军占领香港。
日方统计：此战日军战死六百八十三人，负伤一千四百一十三人；
香港方面死亡一千五百五十五人，被俘九千四百九十五人——被俘者大多是投降之后放下武器的，其中只有少数中国人，大多是英国人、印度人和加拿大人。
日军大本营任命陆军中将矶谷廉介为香港新总督。
香港的陷落，令抗战中国失去了一个重要的国际援助通道。而此时，冲入缅甸的日军正在向中缅边界推进，如果那条脆弱而崎岖的滇缅公路再被切断的话，国民政府控制区将成为孤岛。
就在蒋介石为香港的迅速陷落感到吃惊的时候，从湖南方向又传来发生战事的消息。
日军第十一军司令官阿南惟几，在他的部队从长沙回撤后几乎喘息未定之际，又发动了一场大战。而令人奇怪的是，无论作战样式、作战方向以及作战目的，竟与两个月前的第二次长沙会战一模一样。
这就是中方所称的“第三次长沙会战”。
偷袭珍珠港、东南亚作战以及香港作战，都与占领着中国武汉地区的日军第十一军没有关系，东京大本营也没有给第十一军任何作战指令。可是，自大本营决定为南方作战从中国派遣军抽调部队时起，阿南惟几就成了大本营的死对头。凡是大本营作出的削减他的战力的决定，包括缩小作战区域、发动南方作战以及放弃对宜昌的占领，他都表示强烈的反对。阿南惟几的这种耿耿于怀，在日军发动太平洋战争前夕突然得到了缓解——一九四一年十一月六日，大本营发来的关于抽调兵力的电报称：“除第四师团外，不抽出第六师团，决定于一月中旬增派一个独立混成旅团。第十一军的任务和作战区域不变。”——“阿南惟几接此电报后在日记中记下了‘欣喜若狂’四个字。”原以为至少要从第十一军抽调走两个师团，现在居然只抽走一个，还补充了一个混成旅团，阿南惟几晦暗的情绪一扫而光，立即想到了再开战端。
太平洋战争爆发前后，日军大本营从中国战场一共抽调了五个师团编入南方军，另外还抽调了第四师团作为大本营预备队。此时，在中国战场上，除关东军之外，日军保留着二十一个师团、二十个独立旅团和一个骑兵集团，约占日本陆军总兵力的五分之二。由于兵力的严重减少，珍珠港事件爆发后的第二天，日军中国派遣军下达了“大陆命第五十七号”，规定了侵华日军的基本任务。与一年前相比，任务发生了微妙变化，比如，原来的任务是“摧毁敌人的抗战企图”，现在变成了“摧毁敌人的抗战力”；陆军航空兵的任务也从“对整个中国进行空中进攻战”，变成了“协助地面作战并根据需要担任要地防空”。最为特殊的是，命令强调了对中国的经济掠夺：“资源物资的开发和现地谋求自给的问题，成为今后战争指导上极为重要的问题”；“确保占领区内的重要资源地区，使之便于开发、获取和运输”；“加强当地自给自足措施，积极地获取和利用占据地区内外的资源”。
从战略上看，珍珠港事件爆发后，侵华日军基本转为守势。
侵华日军的主要兵力放在了华北、华中等占领区。针对长江中下游中国物产富庶的地区，日军第十一军保持着相当的力量。珍珠港事件爆发时，第十一军的作战部队有：丰岛房太郎的第三师团、神田正种的第六师团、青木诚一的第四十师团以及池上贤吉的独立混成第九旅团；军直属的部队有工兵、输送队和野战重炮兵第十五联队，还有秋山丰次的第一飞行团，总兵力在十二万左右。
面对日军在太平洋和东南亚的迅速推进，阿南惟几特别对第十一军的幕僚们强调：“由于南方作战的开始，人们心中弥漫着一种认为中国方面已成为次要战场的想法，要特别以此为戒。”——试图以有所作为的积极作战避免沦为“次要战场”的阿南惟几，很快就发现了一个再起战端的机会：日军第二十三军从广东方向进攻香港后，有情报显示，国民政府军事委员会为配合英军的抵抗，命令第四战区向日军第二十三军发动攻势；并命令第五、第六和第六十六军从广西、四川向云南集结，准备进入缅甸支持英军对缅甸的防御作战。特别是在第十一军的对峙当面，中国军队第二、第四军已由长沙南下，看样子是去支持第四战区册应香港的行动了。——如果趁此时机发动一次大规模攻势，“册应第二十三军的香港作战”，不是绝好的理由吗？
木下勇参谋长立即给第二十三军发出问询电报：“中国第四军的移动对贵军有何影响？”同时委婉的表示，第十一军愿意采取牵制动作。木下勇对上一次长沙会战时中国军队“以旺盛的战斗意志，连续不断大举向汨水河畔出动”，从而使第十一军“进行了一场相当激烈的战斗”心有不甘，认为是中国军队“轻侮了”第十一军。
十三军明确答复，他就迫不及待地下定了作战决心：“只用一个小时的时间就下了决心，十二月十二日夜，在就寝中考虑了战况，决心对广东方面予以牵制，当即制定了作战大纲。”
自然，阿南惟几立刻批准了木下勇的作战计划。
日军第十一军拟订的作战方案是：十二月二十二日左右，向湘北新墙河一线发动攻击。首先以第六、第四十师团击溃新墙河一线的中国守军第二十军的防御部队，并在关王桥附近将第二十军主力包围矸灭；然后投入第三师团于第六师团的右侧，把汨罗江附近的中国守军第三十七军击溃后结束作战。作战周期大约为两周。同时，第三十四师团和独立混成第十四旅团从南昌方向出击实施牵制性进攻。
因为只是一次短距离进攻然后迅速回撤的作战，况且确实能够起到牵制中国军队册应香港的作用，中国派遣军基本上予以了首肯。
但实际上，阿南惟几“已经考虑了进攻长沙的问题”。
关于是否进攻长沙——或者说，是否在突破汨罗江后，像上次一样攻占长沙——在第十一军司令部内又发生了争论：如果进攻长沙，不但超出了“牵制中国军队册应香港作战”的范畴，而且作战规模要比木下勇的目前计划大得多。更重要的是，在上报中国派遣军的计划中并没有这一作战目的——如果没有得到批准，就是擅自行动。除了阿南惟几之外，心存攻占长沙念头的，还有第三师团师团长丰岛房太郎。他对目前只攻击到汨罗江就结束作战很不满意，明确表示应该继续南进攻击长沙。持反对意见的，是负责后勤的军副参谋长二见秋三郎，他认为作战不能违背已获批准的计划，且“第一线的气氛是否一致？全体将士有无完成的信心”都需要考虑。
十二月二十二日，第十一军发动进攻的前夕，阿南惟几从汉口出发前往岳阳的战斗指挥所。木下勇参谋长提醒司令官，先不要向部队提是否攻占长沙的问题，以免人心混乱。
日军第十一军就这样匆忙决定了作战计划。计划从一开始便是一笔糊涂账，除了必须打一仗的固执而又鲁莽的冲动外，无论作战实施步骤以及将要达成的作战目的都模棱两可。
一九四一年十一月，中国第九战区司令长官薛岳召开第二次长沙会战检讨会。在总结前两次会战的基础上，分析了日军再次发动攻势时可能的攻击方向：一是全力向湘北进犯，重点保持在左翼，力图包围我军右翼；二是在主力攻击湘北时，以一部兵力由南昌、武宁和通城等地进犯，以册应主攻方向。无论哪一种情况，日军将基本按照前两次长沙会战时的路线，向南突破新墙河直指长沙。由此，薛岳确定了第九战区的基本原则：在赣北、鄂南和湘北方向上，竭力把日军阻击在分宜、上高和甘坊以东；修水、龙门厂和南江桥以北以及澧县和宜都以东地区，争取各个击破。而在重点作战区域的湘北，“运用尾击、侧击及正面强韧抵抗，务于浏阳河、捞刀河间地区，将进攻长沙的敌军主力，反击而歼灭之”。——与前两次长沙会战一样，薛岳还是采取“诱敌深入”的方针，边打边撤地将日军诱至预定决战区域加以围攻。其基本要领是：预定决战区域在长沙外围，决战时主力保持在长沙东侧。日军开始进攻时，一线中国守军逐次抵抗消耗日军，一部分主力向战场的东面移动，一部分主力则移动至浏阳河与捞刀河之间的隐蔽地区，待日军抵达预定决战区域后，采取两侧夹击和截断后路的方式克敌。决战时刻，长沙要坚守不退。如果日军向鄂南和赣北等地进行牵制性攻击，当面的中国军队同样要采取诱敌深入然后反击的基本策略。
薛岳自称本着“既往所得之经验教训”，创天炉战法何谓“天炉战法”？
薛岳的解释是：
天炉战者，为在预定之作战地，构成纵深网形据点式阵地，配置必要之守备部队，以伏击、诱击、侧击、截击、尾击、堵击诸手段，逐次消耗敌力，挫其锐气，然后于决战地使用优越之兵力，施行反击及反包围，予敌以歼灭打击。盖为后退决战方法，因敌之变化而变化之歼敌制胜新方略，如炉熔铁，如火炼丹，故名。
薛岳把新墙河至汨罗江之间地域，设定为伏击和诱击地带；把捞刀河至浏阳河之间，设定为决战地带。同时命令动员作战地区的二十万民众破坏所有的道路；把水田翻犁并蓄水；清查户口，严防奸细；组织战勤民工构筑阵地，输送给养和救护伤员。
“敌之进犯，无异自投天炉，予我以熔化之机。”
薛岳信心满满。
进入十二月，第九战区发现当面日军调动频繁，不断地向湘北和赣北集结兵力，且民众报告说日本人正在抓夫抢修南昌机场。薛岳判断日军很可能就要发动攻势了。
此时第九战区部队的位置如下：
罗卓英的第十九集团军在赣北方向与日军对峙。
王陵基的第三十集团军，一部与武宁方向的日军对峙，一部控制在修水附近。
杨森的第二十七集团军在岳阳以南与日军对峙，其在新墙河前沿的部队是杨汉域的第二十军和孙渡的第五十八军。
战区直属的傅仲芳的第九十九军担任汨罗江至洞庭湖东南岸一线的防御；陈沛的第三十七军担任汨罗江两岸长乐街至新市一线的防御，主力控制在汨罗江与捞刀河之间的蒲塘和栗山港附近；李玉堂的第十军负责守备长沙；彭位仁的第七十三军为战区预备队。
十八日，新墙河北岸的日军炮兵向南岸的中国守军阵地进行了数次试射；第六、第四十师团的小股部队也对中国守军的阵地进行了试探性攻击。一切迹象表明，日军进攻在即。
二十日，重庆军事委员会电令欧震的第四军从广东返回湖南，王耀武的第七十四军由广西向湖南移动。
同日，薛岳下达了第九战区行动部署：
罗卓英率领第十九集团军战斗指挥所，二十一日晨由上高进驻浏阳，指挥萧之楚的第二十六军、夏楚中的第七十九军以及暂编第九军郭礼伯的第一九四师。第七十九军由衡阳乘火车运送株洲，限二十三日抵达；第一九四师向醴陵开进，限二十七日抵达；第二十六军负责浏阳河阵地的防御作战。
王陵基率领第三十集团军战斗指挥所，二十一日晨由修水进驻平江，新编第十三、第十五、第十六师全部开至平江附近。
杨森指挥第二十七集团军准备作战，其第二十军在新墙河南岸逐次抵抗日军，必须坚持十天以上，然后向侧面阵地转移；第五十八军在日军强渡新墙河时，由东向西侧击日军，协助第二十军作战，然后向侧面阵地转移。
陈沛的第三十七军在汨罗江南岸防守，必须坚持十五天以上，然后向侧面的山地转移。
傅仲芳的第九十九军确保现有阵地和洞庭湖南岸湖防，然后待命自西向东夹击日军。
李玉堂的第十军固守长沙，第一九〇师守外围，第三师守城内核心阵地，预备第十师守岳麓山。
十二月十四日，日军第十一军开始向岳阳附近集结。
二十三日，阿南惟几下达作战命令：
一、飞行第四十四战队，协助我军攻击。
二、军企图以第六、第四十师团，从十二月二十四日夜开始攻击，在新墙东南地区击溃新墙河左岸地区之敌后，再击溃汨水左岸地区之敌。
三、第六师团应于二十四日夜发起攻击，在新墙西方地区突破敌线，捕捉该地以西之敌，进入三江口（关王桥西南五公里）附近。
四、第四十师团应于二十四日夜发起攻击，在潼溪街东方地区突破敌线后，捕捉该地以西之敌，进入关王桥附近。
五、第三师团应于二十日拂晓，以一部炮击潼溪街附近的敌阵地，协助第四十师团的攻击。主力转到第六师团的右侧，在新墙河渡河，捕捉所在之敌，进入归义附近。
薛岳的“天炉”已经在等着阿南惟几了。
中国第九战区位于新墙河最前沿的部队，是第二十七集团军的第二十军。薛岳把杨森的川军放在第一线颇有用意。杨森的部队出川抗战后，无论是淞沪会战、武汉会战，还是长沙会战，川军在中国军队里算得上是打得不错的。更重要的是，川军有家族军队的传统，第二十军的主要军官都是杨森的子侄，他常对军官们说的话是：“龟儿子们，不要给杨家丢脸，要像杨继业七狼八虎抗击辽兵一样打鬼子。”现任第二十军军长杨汉域，就是杨森的侄子，一家子合伙打仗自然不会含糊。
二十三日，杨汉域的防御部署是：夏炯指挥的第一三三师针对日军第六师团，位于战场的左翼，防御鹿角、荣家湾、新桥、三港嘴（不含）一线，阻敌十天后向南面的智源洞、三江口转移；杨干才指挥的第一三四师针对日军第四十师团，位于战场的右翼，防守三港嘴、草鞋岭、方山洞一线阵地，阻敌十天后向南面的三江口、关王桥转移；孔荷宠指挥的暂编第五十四师，位于战场的东面，负责防御九岭、麦市、斗米山一线阵地和赛公桥、铁柱港、通城等前进据点，保障新墙河一线阵地的右侧背。
从日军的作战计划看，在进攻的第一阶段中，无论是第六师团还是第四十师团，其攻击重点都在中国军队第二十军所在方向，可见日军一开始就想把杨汉域的第二十军先吃掉。
即使第二十军全军奋力血战，薛岳要求其三个师抵挡住日军三个师团十天的进攻，着实有点蛮横。
第二十军第一三四师的右翼阵地突出于新墙河以北，因此日军第四十师团必须把这部中国军队赶走，才能靠近新墙河的渡河出发地。二十三日凌晨，日军第四十师团步兵第二三四、第二三五联队，向新墙河北岸的中国守军第一三四师四〇〇团发动了攻击，四〇〇团抵抗一天后退守新墙河南岸。
二十四日，日军第六师团和第四十师团全部进入新墙河北岸阵地。凌晨，乌云密布，雨雪飘洒，气温降到了零度以下。随着日军火炮的猛烈轰击，右翼的第四十师团率先向新墙河中国守军发动了攻击。日军在徒涉新墙河时遭到第一三四师的猛烈阻击，战至下午二时，日军突破了第一三四师的一线防御阵地。杨森命令集结在战场东侧的新编第十一师从黄崖市向杨林街推进，自东向西攻击，协助第二十军的作战；同时命令第七挺进纵队负责防御大云山、方山洞和八百市一线，第一三四师在方山洞的部队迅速向主力靠近，以便构成新的阻击线。晚上，雨雪下得更大了。日军第六师团向新墙河南岸中国守军第一三三师阵地发动了攻击，然后冒着中国守军的猛烈射击在黑暗中强渡新墙河。午夜，日军突破了第一三三师的阻击阵地，第一三三师主力向南撤退。二十五日清晨，日军第三师团步兵第二十九旅团所属部队，在旅团长石川忠夫的指挥下，跟在第六师团的后面渡过新墙河，从战场的左翼方向沿着粤汉铁路两侧迅速南下。
中国守军的新墙河一线阵地，仅守了一天便被日军全线突破。
此时，日军三路并进追击撤退中的第二十军：东侧的第四十师团攻击第一三四师的二线阵地；中间的第六师团第二十三、第四十五联队攻击第一三三师三九八团阵地；西侧的第三师团攻击第一三三师三九九团阵地。混战持续到天黑，第二十军军长杨汉域与各师的联络都中断了，仅知道部队在混战中伤亡惨重。第一三三师同时受到日军两个师团的联合攻击，部队被打乱，形成了官兵各自为战的据点守卫战。守卫傅家冲和洪桥据点的三九八团二营和三营官兵，坚守阵地，誓死不退，击退日军的数次冲锋，给日军以大量杀伤，但终因兵力悬殊，守洪桥的三营副营长吕海群阵亡，守傅家冲的二营营长王超奎和官兵数十人全部战死。杨汉域军长登高观察战场，他格外关注第一三三师的战况：“十里纵横据点，敌我混战，枪炮声及轰炸声历历可闻。据报该师伤亡虽重，士气极旺。敌军因与我混战肉搏，死伤确较我惨重。”
在中国官兵死战之时，日军主力从各阵地间的缝隙迅速向南突击，在大荆街附近日军受到第一三三师三九七团三营的伏击。与此同时，日军第四十师团一部也与中国军队第一三四师在观德冲、十步桥等地展开了激战。特别是在对第二十军指挥部所在地关王桥的进攻中，日军遭到中国守军的顽强抗击：“龟川联队在步、炮、工的协助下，攻击陈家桥东一公里的斗南尖高地，第二中队虽攻进其一角，但屡遭逆袭，其夜虽进行了数次夜袭，但均未成功。重庆军顽强抵抗，其激烈程度为前所未有”；“户田联队在伸手不见五指的黑夜里，冒着风雪，从关王桥径直南下，插入重庆军的大部队里，所到之处，在短兵肉搏中竭力前进”。
应该说，在战场第一线阻击的第二十军已经拼尽了全力。
由于部队伤亡过大，杨汉域决定逐步撤出战场，按照原定计划转移。但是，二十六日天一亮，日军再次发起强攻，继续向第二十军压来。第六师团攻击第一三三师的羊角岭、三江口阵地；第四十师团在关王桥附近与第一三四师激战。下午，羊角岭和关王桥阵地丢失，日军继续向南冲击。为遏制日军的南下速度，杨森命令第五十八军的两个师迂回到两侧夹击日军。黄昏时分，关王桥以南的陈家桥等阵地被日军突破。此时，战场上雨雪交加，天寒地冻，气温降到此地罕见的零下五摄氏度。由于道路泥泞不堪，日军的机械化装备行进艰难，部队在彻骨的寒冷中苦苦前行。夜幕降临之后，黑暗加剧了寒冷和恐惧。但是，在南下日军的身后，第二十军第一三三师三九八、三九九团官兵仍在死追。午夜，杨森命令他们立即突围归队。两个团的残存官兵绕道而出，最终追上了主力。但防守黄沙街阵地的三九九团的一个连，在受到日军第三师团的火炮打击和步兵围攻后，全连官兵全部阵亡。
至此，中国军队第二十军在新墙河两岸与日军打了三天。尽管距离薛岳要求的阻击十天的限定相差还远，但这支川军部队作战不屈不挠，应该视为完成了预定任务。
二十六日晚，日军第三、第六师团前锋推进至汨罗江北岸附近，第四十师团前锋也突至汨罗江北岸渡口长乐街。
这时候，传来了日军占领香港的消息。
中国派遣军司令部之所以批准第十一军的此次作战，只是为了牵制中国第九战区部队南下增援香港。现在香港已被攻占，第十一军的作战已经没有什么意义了。但是，阿南惟几不这么想。他不但没有停止进攻，且于二十六日命令部队继续南进，把攻击矛头指向了防御汨罗江的中国军队第三十七军：
一、敌第三十七军，以第六十师、第九十五师在瓮江、桃花（瓮江西北五公里）、桐子山（长乐南十二公里）、湖源山（桐子山西南五公里）、磨石山一线；又以第一四〇师从花门楼到周家湾（金井西南八公里）一线，各自占领阵地，企图长期战。
二、军准备对占领阳水左岸高的阵地的敌第三十七军，在二十九日天明前，发起攻势。
三、第三师团应在二十九日天明前，把位置向前移动到汨水左岸地区，对归义南方高地之敌，准备攻击。
四、第六师团应在二十七日以后，把位置向前移动到新市附近的汨水左岸，二十九日天明前，对正面之敌，准备攻击。
五、第四十师团，应适时以主力向长乐东南地区前进，以一部向浯口对岸附近移动，二十九日天明前，对正面之敌准备发起攻击。
发源于幕阜山南麓的汨水，在归义附近与罗水汇合称汨罗江，江水西流注入湘江。每年冬季为枯水期，一般情况下人马车辆可以徒涉。但是今年入冬后，连日雨雪，江水暴涨，水深平均在两米左右。在这个方向上，汨罗江有三个主要渡口，其中的长乐街渡口和新市渡口位于岳阳至长沙的公路上；西侧的归义渡口在粤汉铁路桥旁边。这三个渡口控制着岳阳至长沙间的三条平行道路，因此是日军向南攻击的重点。
第九战区防守汨罗江沿线的部队，是陈沛的第三十七军和傅仲芳的第九十九军的两个师。沿着汨罗江南岸从左至右：第九十九军的第九十九师防守湘阴至营田以东一线；第九十二师防守归义两侧，当面的日军是第三师团；第三十七军的第九十五师防守新市、伍公市附近；第六十师防守长乐街至浯口、张家渡一线，第一四〇师控制在金井附近为军预备队，当面日军是第六、第四十师团。
中国军队第三十七军算不上是有名的部队，阿南惟几之所以用两个师团的兵力瞄准该军，原因是该军参加了前两次的长沙作战，至少在这个方向上是日军的老冤家。与防守新墙河的川军第二十军不一样，第三十七军是一支湖南本土部队。抗战爆发后，该军参加了长江一带的数次会战，每一次都因伤亡惨重不得不重新补充。南昌会战后，关麟征被免去军长职务，陈沛继任，现任的三名师长分别为：第六十师师长董煜、第九十五师师长罗奇和第一四〇师师长李棠。
二十七日上午八时，日军第六师团先头部队向汨罗江边的中国军队第九十五师阵地发动攻击，被二八三团击退。下午三时，日军第四十师团先头部队向第六十师防守的长乐街一线发起攻击，被一七九团击退。但是，在日军第三师团的进攻方向上，中国守军第九十九师的阵地被突破，中午十二时左右日军开始强渡汨罗江——“汨水数日来由于风雪，河水不断上涨，浊流湍急，无法测量水深。”尽管突破了中国守军的阵地，但担任前锋的日军大队长横田庄三郎中佐和鬼头三良少佐对中国军队第九十九师的顽强抵抗印象深刻：
横田大队边以速射炮、重火器摧毁北岸敌人的星状据点，边在敌手榴弹的爆炸下，利用死角强行冲入敌阵，逐次摧毁北岸的敌阵地。另一方面，鬼头大队进入铁路桥的东侧，在重火器支持下第三中队于十三时三十分冒着飞雪强行渡过水深没胸的汨水河，冲入南岸的敌阵地。接着横田大队开始渡河，凭据掩蔽阵地之敌，虽一齐进行射击，但终于排除抵抗，渡河成功。登岸后未及晾干湿透的衣服，就继续扩大战果。第一线中队于十五时左右，推进到河南约二公里的地方，后续的驮马部队在将要渡河时，突然遭到巧妙隐蔽在铁桥桥脚附近的敌机枪从背后猛射，部队为了扑灭机枪又费了一些时间……担任警备驮马的一个小队，在从后方追赶中，连续受到三次袭击，几乎全部被歼。
二十八日，日军第三师团全部渡过汨罗江，继续迅速南下，但中国军队第九十九师边撤边打，仍在不断杀伤日军：“伊藤步兵大队安全通过后，骑兵第三联队先头以军旗为前导，前进到距汨水七百至八百米附近时，突然遭到来自道路两侧据点的猛烈射击，联队副官当即负伤，军马六十四匹相继中弹倒毙。”晚上，双方对峙于粤汉铁路东侧的落马桥、大娘桥、神鼎山一线。
日军第六师团发起的攻击被中国守军击退后，下午，在火炮和战机的支援下，第六师团从兰市河再次发动攻势，与中国守军激战到天黑，日军突破兰市河附近的防御阵地后开始强渡汨罗江，但此时江岸的其他渡河点依旧在中国军队第九十五师手中。日军第四十师团清晨开始强渡，并猛烈攻击长乐街，中国守军第六十师防守长乐街的一个连的官兵全部战死，长乐街失守。入夜，双方对峙于李家河、刘家塘一线。
鉴于日军第三师团已经渡江深入，战场的左翼形势严峻，薛岳命令第三十七军预备队第一四〇师向铁路方向增援，暂归第九十九军指挥；命令第三十七军军长陈沛的指挥所向前推进，就近指挥第九十五师和第六十师的作战；命令第二十军和第五十八军对日军实施夹击，牵制日军第六、第四十师团的南进。
也是鉴于第三师团全部渡江，阿南惟几命令第三师团暂不向南推进，而是沿着汨罗江南岸向东，朝着第三十七军的后方福临铺前进，目的是将第三十七军包围歼灭。
二十九日，大雪，汨罗江两岸一片苍茫。
迂回的日军第三师团连夜兼程，凌晨时分进抵新开市附近，与退守该地的中国军队第九十九军第九十九师遭遇。此时，增援而来的第一四〇师正在向第九十九师靠近。但是，第三十七军第九十五师面对着日军第六师团和第四十师团的攻击，压力巨大。第六师团从凌晨开始猛攻第九十五师的阵地，中国官兵凭借着险峻的山的阵地令日军每前进一步都要付出很大代价——“重庆军的抵抗极其顽强，从左右两方包围了联队本部，幸而飞行队的密切协助和第一线的反复冲锋，直到傍晚才完全将其击溃”。
三十日，天晴了。
但是，遍地积雪，寒风刺骨。
日军在航空兵和炮兵的支持下，对中国军队第三十七军发动了全线围攻。双方激战至中午进入胶着状态。下午，日军以第六师团一部继续围攻第三十七军，主力则从第九十五师阵地之间的空隙通过，迅猛向南穿插；同时，第四十师团突破了当面中国守军第六十师的阵地。鉴于日军已经南下，第三十七军的阻击任务基本完成，如果再顶下去就有被围歼的危险，军长陈沛命令第九十五、第六十师向汨罗江以南、捞刀河以北的山地转移，部队变成对日军主力呈侧击态势。同时，陈沛也试图把日军主力吸引过来，为战区展开后续的作战部署赢得时间。
三十日深夜，与日军第三师团纠缠的第九十九军，按照薛岳的命令也开始脱离战场，向西撤退到汨罗江以南、捞刀河以北地区，在粤汉铁路右侧的山地里隐蔽起来，与第三十七军形成从东西两面夹击日军的形状。
尽管日军早就冲了过去，但滞留在日军身后的杨汉域的第二十军一部，还在新墙河以南顽强作战。三十日晚，第二十军官兵在新墙河附近一个名叫长胡镇的地方，突然袭击了日军辎重部队第四十联队。联队长森川敬宇率部正在一座寺院里休息，中国官兵猛然冲进来，日军官兵惊惶四散，森川敬宇联队长被打死在寺院外的雪地里。
此时，日军的三个师团都已突破汨罗江，前面就是捞刀河以及隔河的那座久经战火的长沙城。
难题再次摆在了阿南惟几的面前：是否继续攻击？
对攻占长沙持反对意见的作战参谋主任岛村矩康和副参谋长二见秋三郎，向司令官提出了谨慎从事的意见。这令阿南惟几非常气愤，认为军官们“对于作战之道尚未理解”，他特地召开了军官会议以阐述他的观点。
二十七日，阿南惟几日记：
一、夜来风雪未停，温度降到零下四点五度，有薄冰。
二、参谋长和岛村参谋，从全面判断，大致似已认识到进攻长沙的必要性。余举其有利之处：
一、给予蒋政权以无声的威胁。
二、把向南方集结的兵力牵制在北方，使其有湖南随时可能受到袭扰之感。
三、表明皇军尚有余力。
四、使湖南民众感到蒋军不足依靠。
五、予第六战区以威胁。
阿南惟几认为，只有用强大的武力表明日军在中国还保持着绝对优势，才能使他对整个战局的惶惑紧张稍感释然。
阿南惟几向中国派遣军发出了要求攻占长沙的电报。
二十八日，中国派遣军的回电并没有批准攻占长沙的请求，只是命令第十一军等待下一步的指示。
阿南惟几大失所望。
二十九日十七时，日军的飞机侦察报告说，中国军队正大规模地向长沙退却。虽然中国派遣军的指示仍没抵达，但阿南惟几已经等不得了——“乃独断决定命第三师团向长沙方面追击，同时向总司令官提出独断请罪。”
二十九日傍晚，阿南惟几下达了攻击长沙的作战命令。
晚上，负责后勤的副参谋长二见秋三郎接到参谋长木下勇的电话，告诉他司令官已决定进攻长沙，命令他立即前来岳阳商议作战。
二见秋三郎极其不满，认为司令官完全在意气用事，根本不顾部队的作战能力以及补给困难。由于原定作战计划中没有攻占长沙的行动，因此一线官兵仅有紧急出动时每人随身携带的一百二十发步枪子弹，经过激战估计已经所剩无几了。弹药向前运输的最大问题是中国军民把从新墙河南下长沙的所有大小道路都破坏了，加上河流涨水，桥梁或被冲断或被淹没，汽车根本无法通行。战斗开始以来，工兵部队顶风冒雪抢修道路，但中国军民将道路摧毁得十分彻底，根本无法修补，只能开辟新路。工兵们依据简陋的中国地图，在起伏的丘陵地带摸索，试图筑出一条可供车马行进的道路，但“与其说这是在修筑道路，不如说始终在砍伐树木开拓前进，因为在丘陵地开拓道路，道路都是用原木铺就的，遇到障碍就得迂回前进，遇到水田就得耗费很多时间，用束柴铺垫筑路。由于道路的迂回曲折，大大延长了筑路作业的距离……对于军工兵队来说，到达汨水，不眠不休地干了五天，在二十九日十七时，好不容易用原木铺设的兵站路才从新墙到达了大荆街”。更重要的是部队的士气。此时日本陆军的作战意志已与战争爆发初期截然不同。主力部队大多到太平洋战场去了，临时征召预备役兵组成了二等、三等师团，不但官兵作战经验不足，且士气普遍低落。日本战史明确地记载了第十一军全线突破汨罗江后的官兵心态：
自到达汨水河畔，在第一线官兵之间，都流传着“这次作战是为了牵制香港，到三十一日止，可能反转”等消息。然而现在进至汨罗左岸，并有南下的态势，官兵们关于今后的行动毫无所知，处于疑神疑鬼的状态。
二见秋三郎说得更为露骨：“此乃自暴自弃之作战。”
阿南惟几的决订正中薛岳的下怀。
毫无疑问，如果日军就此后撤，中国军队予以追击，事后也可以称之为“大捷”。但是，薛岳知道，与前两次长沙会战不一样，日军在攻击中已经显露出作战能力的下降；如果日军继续南下攻击长沙城，只要中国军队调动合理、部署周密、移动迅速、相互协同，不但完全可以在布置好的“天炉”里与日军拼一下，甚至使自己的军事生涯再辉煌一次的可能性也是极大的。
十日，薛岳向蒋介石报告了第九战区将与进攻长沙的日军决战的部署。蒋介石回电表示同意，他提醒薛岳不要让日军在攻击长沙前就与围歼部队接触，也不要过早地使用战区的预备部队，一定要让日军先攻长沙，等攻不下来受到严重消耗后，再命令围歼部队出击。薛岳回电提出了由蒋介石亲自下达督促将领忠于职守的文件——大战将临，薛岳怕部队指挥官不上前线和不负责任等老毛病复发：
一、各集团军总司令、军长、师长务确实掌握部队，亲往前线指挥，俾能适时捕拿战机，歼灭敌人。
二、职如战死，即以罗副长官代行职务，按之计划围歼敌人。总司令、军、师、团、营、连长如战死，即以副主官或次级资深主官代行职务。
三、各总司令、军、师、团、营、连长倘有作战不力贻误战机者，即按革命军连坐法议处，决不姑宽。
薛岳规定一九四二年一月一日夜为总攻开始时间，限定各集团军在攻击发起后到达第一攻击线的最后限期为四日。
“天炉”就要点火熔炼了。
就在中国第九战区部队按照作战部署开始移动的时候，日军进攻了——“第三师团十二月二十九日傍晚，接到盼望已久的进攻长沙的命令，停止左迂回，立即在当日二十时命令各部队‘迅速由捷径，向长沙追击敌人’后，第一线各部队在‘只有我第一个先到长沙’的口号下，开始踊跃前进。”如果说此时谁还有“踊跃”的情绪，恐怕指的是第三师团师团长丰岛房太郎，因为只有他是坚决主张攻占长沙的师团将领。日军第六师团师团长神田正种接到攻击长沙的命令时，他的部队还在与中国军队第三十七军纠缠。神田正种虽然认为攻打长沙是不适宜的，但他绝不想让第三师团抢了头功，而阿南惟几命令他给第三师团作掩护就是对第六师团的侮辱。
日军第三师团开始急促地向南突进。
丰岛房太郎很快就会尝到“争功”的恶果。
冬日晴好，积雪融化，长沙城清晰可见。
就薛岳的“天炉”计划而言，第十军是否能够守住长沙，是关键所在。如果在合围部队抵达预定位置前，长沙作为“炉底”先漏了，薛岳的计划将全盘泡汤。
第十军进入长沙前，军长李玉堂已拟定了防御计划：朱岳的第一九〇师固守长沙正北，周庆祥的第三师衔接第一九〇师阵地向东，负责浏阳门和城外大十字路一线的阵地；方先觉的预备第十师衔接在第三师的右翼，负责防守长沙东南经南门外修械所到湘江边一线阵地。
三十日，李玉堂军长发布保卫长沙的作战命令：
一、预备第十师：占领半边山、左家塘、林子冲、黄土岭、金盆岭、猴子石、水陆州之线，主力控制于黄土岭附近，拒止南犯之敌；并派便衣队于东山附近，预行潜伏，阻击敌人。
二、第一九〇师：占领新河正街、复兴寺、湖蹟渡、杨家山之线，主力控制于猴子山、湖蹟渡附近，拒止南犯之敌；并派便衣队（约一连）在枫林港附近，预行潜伏，阻击敌人。
三、第三师：以主力占领长沙城垣，以一个团控制于城东南地区，拒止南犯之敌；并派便衣队（约一连）于安沙、沙坪附近，预行潜伏，阻击敌人。
四、炮兵第一团第二营（附炮兵第一团之第一营第二连及炮兵第四团第二菅第四连），占领岳麓山经水陆洲亘长沙市区之既设阵地，以主力协力预备第十师及第三师，一部协力第一九〇师之战斗。
五、各级之通信联络，须周密准备。务使在战斗最惨烈，或被敌军破坏时，仍能保持通信灵活，并限三十日午前完成之。
一九四二年一月一日，新年的第一天日朗风清。
日军第三师团以为不需要什么战斗，他们就能在长沙城里过新年了。“由于在上次作战（九月份）中，其他兵团，曾有过不经战斗而入城的先例，如今前方又没有发现敌情，友军飞机又投下占领长沙的标志‘日之丸’（太阳旗）的国旗，官兵们以兴奋的心情相互致意，今夜要在长沙为元旦举杯。”炮兵第三联队联队长宫永盖世大佐，甚至向步兵第十八联队联队长石井信大佐提前表示祝贺了——“途中以水筒里的酒，举杯庆祝，并互相商议放一发炮弹来祝贺。”
上午十一时左右，日军第三师团与中国守军预备第十师的战斗正式开始。预备第十师的中国官兵与有飞机和火炮支援的日军激战到十六时，阿弥岭阵地被摧毁，守军大半阵亡，预备第十师退守半边山、左家塘一线阵地继续抵抗。十七时，日军扑向左家塘阵地，中国守军二十九团一营包括营长曹建业在内伤亡殆尽，阵地再次丢失。日军第三师团一部趁机从预备第十师和第一九〇师阵地的接合部穿插而入，绕到了预备第十师阵地的左侧后。师长方先觉迅速缩短阵地，将阵地左侧放弃，转而据守金盆岭、黄土岭一线阵地。十八时，日军突破了中国守军第三师的警戒阵地，渗透到白沙岭的民房里，企图夺取天心阁制高点。在军长李玉堂的严令下，第一九〇师对左家塘实施反击，收复了这个据点后，派出部队围攻白沙岭民房里的日军。
日军的冲击轮番不止，防守长沙南门外阵地的三十团团长葛先才，拒绝了方先觉让他的团撤到城墙上的命令，他认为以攻代守定可挫敌锐气，即使死了也值得。葛团长对师长说的一番话令人热血沸腾：
绝对不可后撤。后撤只有南城门一条通道，撤入城内时，在官兵争先恐后的情况下，部队一定会自乱，而且敌我咫尺之隔，我一后撤，敌必尾随跟进，那才是真正危险。我都考虑过了，也准备好了，军人应有冒险犯难的精神，不计后果决心出击。我再不向你请示，也不要你增援，你只当三十团死光了。请你报告军长，说我不习惯挨打，发了蛮性，非出击不可，破釜沉舟与敌一拼，一切责任自负。师长即刻将南门关闭堵死，城墙上多准备手榴弹，如敌抢攻城门，手榴弹可以歼灭之。只要敌人不能由南门攻入，我预备十师就没有责任。万一三十团攻击顿挫，官兵也不会白死，定能得到其牺牲代价。不是敌死，就是我到黄泉，决计与敌偕亡。
葛先才的三十团官兵在凄厉的军号声中向当面日军猛扑过去，连临时上阵地送饭的五名炊事兵也跟随部队一起冲锋。长沙南门外的日军猝不及防，顿时大乱。在岳麓山指挥所里的薛岳，听闻葛先才团的勇猛出击，大加赞赏。当晚，第九战区得到蒋介石的命令：葛先才团长晋升少将，师长方先觉获青天白日勋章一枚。
此时，日军第十一军的情报部门又一次破译了薛岳令各集团军向长沙附近集结并准备围歼日军的电报。电报令阿南惟几万分焦灼，他必须在中国军队的合围尚未形成之前把长沙拿下来。阿南惟几急令第三师团加紧对长沙的攻击。从二日凌晨开始，交战双方在长沙东门和南门外地区展开了激烈的争夺战和肉搏战，中国守军的阵地数次被日军攻占，但大部分又被反击收复。战斗中，预备第十师二十九团团附陈新喜中校、曾友文少校先后阵亡。二十八团向渗透到白沙岭民房里的日军加藤大队持续攻击，素以夜战闻名的加藤大队陷入绝望之中。凌晨二时，加藤大队长被子弹击穿腹部；紧接着，副官桥本光义和军曹川口定秀也被打死。中国官兵放火焚烧日军聚集的民房，百余名日军被烧死在火海中。第三师团命令一定要把加藤的尸体夺回来，于是日军发动了一次又一次的攻击，但都没有奏效。——日军坚持夺回加藤尸体的一个重要原因是，他身上有一份第三师团出动以来的作战计划和命令，这份文件上还记载有第三师团出发时所携带的弹药数字，这一数字将表明目前的第三师团已严重弹药不足坚持不了多久了。
这份文件已落在薛岳手中。
“虽仅一张薄纸，却比万挺机枪还重。”
二日天亮之后，日军第三师团向金盆岭、黄土岭继续猛攻，在金盆岭防守的中国军队预备第十师二十九团二营与指挥部的联络中断，师长方先觉不得不集中起全师的火炮向金盆岭阵地实施毁灭性轰击，二营残存的官兵在炮火中与冲上来的日军同归于尽。下午，日军在南门受挫后，把攻击重点移到了东门附近，猛攻第一九〇师防守的四方塘、南元宫等阵地。阵地在残酷的手榴弹战和白刃战中反复易手，但日军始终没能实现完全突破。天黑了，蒋介石给死守长沙的第十军将领打来电报：
限两小时到。长沙薛长官、李军长玉堂、周师长庆祥、朱师长岳、方师长先觉，并转全体官兵均鉴：密。我第十军官兵，两日来坚守阵地，奋勇歼敌，致堪嘉慰。此次长沙会战之成败，全视我第十军之能否长期固守长沙，以待友军围歼敌人，此种光荣重大任务，全国军民均瞩目于我第十军之能否完成，亦即我第十军全体官兵成功成仁之良机。敌人悬军深入，后方断绝，同时我主力正向敌人四面围击，我第十军如能抱定与长沙共存亡之决心，必能摧破强敌，获得无上光荣，望激励所分部，完成使命，无负本委员长及国人所期为要。中正手启。
预备第十师师长方先觉注定要一战成名。
奉命坚守长沙后，薛岳曾问方师长能守几天，方先觉说他的第一线能守两天，第二线能守三天，第三线再守两天，保证一个星期内不让日军攻入长沙。预备第十师的军官们听了师长的保证都很吃惊，说能守上三天就不错了。方师长从衣兜里拿出一封信，派人立即送到后方他的家眷那里去。
这是一封遗书：
蕴华吾妻：我军此次奉命固守长沙，任务重大。长沙存亡，关系抗战全局的成败，我决心以死殉国。设若战死，你和五子的生活，政府自有照顾。务令五子皆能大学毕业，好好做人，继我遗志，报效党国，则我含笑九泉矣！希吾妻勿悲。夫，子珊。
方先觉的遗书次日被刊登在《长沙日报》上。
长沙市民有读后大哭不止者。
方师长颁布了严格的军令：连重伤员在内，谁也不准后退，执法队可对擅自脱离战场者立即开枪；军官更是不得离开阵地，擅自离开者就地枪决。方师长执行军令绝对不含糊：二十八团有名营长在战斗激烈时出现在了师部，说是来向师长请示作战的，方先觉看了他一眼让他到门外等着，然后命令副师长将这名营长推到城墙下枪毙了。
经过两天的激战，日军第三师团精疲力竭，伤亡惨重，由于后方交通被切断，补充困难，弹药即将告罄。
此时，中国军队第四军已经到达株洲。
第十九、第二十七、第三十集团军按照薛岳的部署正向长沙合围而来。
日军第十一军司令部里“充满了忧虑之色”。
傍晚时分，军司令部命令第六师团：“应以主力进入第三师团的右翼，攻击长沙东侧和北侧。”
在投入第六师团的同时，阿南惟几命令第四十师团推进到捞刀河北岸的春华山一线，特别要向东部的山区警戒，以保障攻打长沙的两个师团的后方安全。
阿南惟几已经意识到此战可能结局不妙。
三日拂晓，日军第六师团在长沙北门至东门之间、第三师团在长沙东门至南门之间，同时发动了攻击。神田正种本来就对第三师团“抢功”心怀不满，现在第三师团的攻击受挫，这正是第六师团首先攻占长沙城的好机会。天还没亮，第六师团就向中国守军第一九〇师的杜家山、陈家山阵地发起了攻击，日军战机也飞临阵地上空狂轰滥炸，陈家山阵地上的工事全被摧毁，中国守军退守南华女校阵地。第三师团攻击预备第十师的红石嘴、陶家冲阵地，葛团长的三十团拼死抵抗，阵地四次失而复得。方先觉把师部直属的工兵营、特务营和骑兵连加强到三十团方向，日军攻击受挫，伤亡严重。中午，日军空投的伞兵被中国军队第三师九团包围消灭。下午，日军第六师团向南华女校阵地的攻击被击退。傍晚，日军第三师团第六十八联队向东瓜山阵地冲击时，遭到预备第十师密集手榴弹的打击，大队长横田庄三郎以下数百官兵伤亡。为了预防万一，薛岳命令第七十三军的第七十七师渡过湘江进入长沙城内，归李玉堂的第十军指挥，作为预备队控制在南门附近。
三日晚上，中国军队主力已从各个方向围了上来：第四军的第一〇二师和第五十九师分别前进到长沙南侧的大托铺和白田铺附近，并完成了攻击准备；第七十九军已开始向侯家冲、东山方向的日军发动攻击；第二十六军抵达了莲塘、永安一线；第七十八军正向春华山推进；第十七军推进至金井附近；第二十军推进到福临铺和古华山一线；第五十八军抵达了竹山铺。——围歼日军的中国部队都已位于第一攻击线，并按照薛岳的命令向第二攻击线前进。
“一月三日，我军主力正向长沙城奋力攻击时，在其背后出现了令人可怕的重庆军约三十个师，正在压缩包围圈。”对于日军来讲，更可怕的是：长沙打不下来的时候后路出现危机。负责掩护后路的第四十师团在金井附近遭到了中国军队的猛烈袭击，各个联队都已陷入苦战。龟川联队的第七中队突然发现了向他们攻击而来的中国军队，“正再要求支援射击时，突然遭到如万雷齐鸣般的集中炮击，真锅中尉等陆续伤亡，阵地终于失守。第二中队中队长明神祥典中尉，立即组织残余兵力进行逆袭，虽然一时夺回了阵地，但明神中尉也终于战死。联队又将预备队第五中队增援上去，最后虽然勉强保住一角阵地，但各种弹药消耗殆尽，次日重庆军又增加压力，继续陷入苦战”——更令日军官兵胆寒的是，攻击第四十师团的中国军队第三十七军，在日军阵地附近的砖墙上用日文写出了这样一句口号：“湖南是日本兵的坟墓！”
三日上午十一时，阿南惟几走进气氛沉闷的第十一军指挥所，在参谋室的黑板上写下了这样一行字：“今更莫把惊惧生，兵家胜败是常情。”下午五时，参谋长木下勇和副参谋长二见秋三郎向阿南惟几提议四日晚开始撤退。阿南惟几拒绝了这一建议。拒绝的理由来自因为受到挫折而处于尴尬境地的丰岛房太郎师团长的一系列误导：丰岛房太郎先是送来一张亲笔字条，字条是飞行第四十四战队的高山实中尉冒着中国军队的猛烈射击，在长沙城墙边用飞机的取吊筒吊上来的。丰岛房太郎在字条上写着：“敌有四道防线，在街道上设有碉堡，同时又凭据房屋防御，极为顽强。目前在师团右翼方面，已展开巷战，不久，可以取得战果。”接着，他又给阿南惟几发来电报：“我第一线部队现已冲进长沙敌阵地，继续展开巷战中，现在只差一把劲，希望把反转时间再延期一日。”
但是，第十一军司令部的所有参谋都认为，不但长沙已不可能攻占，如不迅速撤退就要落入中国军队的包围中。参谋们知道，第三师团的弹药已经使用殆尽，部队基本上失去了攻击能力。晚上七时四十分，参谋们再次聚集在阿南惟几的身边，提出了必须立即撤退的意见。
“于此，阿南军司令官，至于不得已批准了反转。”
日军第十一军终于下达了撤退的命令。
日军把他们的“撤退”称为“反转”：
一、我军将敌军牵制在长沙方面，已达到册应华南我第二十三军的目的，并且扫荡了长沙市内大部地区。大坪、青木飞行战队，密切的配合了本次作战。
二、我军自今起停止扫荡长沙，于一月四日夜开始反转，应击溃残敌，先向汨水一线前进。
三、军主力应于朗木梨市附近渡浏阳河，在其北岸等待集结，经过下列路线撤退。
第二师团：麻林市一福临铺一伍公市（新市东六公里）道路。
第六师团：麻林市一栗桥一（福临铺西八公里）一新市道路。
作战地界如下，线上及其西方属于第六师团：朗木梨市一牌楼铺一羊鹿嘴（枫林港东侧）一黄土坝（麻林市西侧）。第三、第六师团的反转开始时间为四日日落后。
四、第四十师团以一部留在金井附近，以掩护军的侧背，主力即时开始行动，向春华山前进，击溃其所在地之敌，以利于军主力的反转。
五、独立混成第九旅团，向麻林市前进，以利于军主力反转。
六、外园支队，到达岳州后，应迅速向界头市附近前进，击溃从西方干扰军主力反转之敌。
包括阿南惟几在内，第十一军的所有军官都清楚，在他们撤退的路上大量的中国军队正等着他们呢。
为隐蔽撤退企图，日军再次向长沙城发动了大规模进攻。中国军队第十军面临着最后一搏。四日凌晨，日军第三师团万人向长沙城南的陶家冲和修械所阵地猛攻，两个阵地先后被日军攻陷，第十军发动反击把修械所阵地又夺了回来。八时，日军战机向东瓜山、修械所等阵地猛烈轰炸，修械所阵地失而复得五次以上。东瓜山阵地被日军横田大队黑岩中尉的第八支队攻占后，中国守军发动了极其猛烈的反击——
“占领东瓜山高地的第八中队的迫近战斗极为激烈，黑岩中尉终于战死，因为我方的弹药已经用尽，眼看着自上海作战以来的勇敢的黑岩中尉的遗体不能收容。”城北的日军第六师团五千人，自凌晨开始攻击南华女校等阵地，与中国守军激战至下午，进展不大。中国预备第十师师长方先觉把辎重营和卫生队都编入了战斗部队，所属各团也把后勤兵全部投入与日军的血战中。就在预备第十师伤亡殆尽的时候，四日黄昏，获悉日军将要撤退的薛岳下达了追击命令：
一、第十九集团军罗卓英兼总司令，指挥第七十三、第四、第二十六各军为南方追击军，于一月五日拂晓开始：以第二十六军由牌楼铺经枫林港、麻林市、麻峰咀、长乐街道，向伍公市、长乐街追击；第四军由左家塘，经东屯渡、青山市、福临铺、李家煅、新市道，向新市、兰市河追击；第七十三军由长沙经石子铺、马鞍铺、栗桥、骆公桥道，向归义、骆公桥追击。
二、第二十七集团军杨森兼总司令，指挥第二十、第五十八军为北方堵击军，在象鼻桥、福临铺、栗桥，自北向南堵击。
三、第三十集团军王陵基总司令，指挥第三十七、第七十八军为东方截击军，在枫林港以北、长乐街以南地区，自东向西截击。
四、第九十九军傅仲芳军长，指挥第九十九军主力为西方截击军，在石子铺、新市以南地区，自西向东截击。
五、第一四〇师为挺进军，向黄沙街、新墙挺进，攻击敌人。
就在薛岳发出追击命令的同时，日军开始撤退了。
日军第六师团刚撤退时，由于长沙方向有第三师团在身后挡着，因此并没有受到剧烈的攻击。但是，师团的卫生队、野战医院、辎重部队和大量的伤员严重拖了撤退的后腿。特别是运载伤员的驮马队，在受到攻击时，哪怕是轻微的攻击，“原来不能行动的重伤员，刹那间就不知消失在何处了，有的呻吟有的叫渴叫饿，收拾战场找回伤员重新搭载、查点人员等又耽误了时间，以至于更孤立于敌中”。第六师团最重要的任务是抢占浏阳河渡口要点朗木梨市，并以此为据点接应孤悬其后撤退的第三师团。但是，中国军队第七十九军已经控制了东山渡口，第二十六军也抵达了朗木梨市附近，迫使第六师团在浏阳河边陷入了与中国军队的激战。
日军第三师团指挥所，于四日天黑后从长沙城东约一公里的周家湾撤退。五日凌晨，第三师团抵达浏阳河边，但渡桥已被中国军队炸毁，第三师团不但看到第六师团正在与中国军队激战，自己也受到了中国军队第七十九军的堵击。而在第三师团的身后，中国军队第四军正由长沙城追击而出。在第七十九军和第四军的夹击下，日军第三师团顿时陷入混乱，大量的辎重和伤员壅塞在泥泞的路上，负责掩护的作战部队拼命抵抗，但撤退的速度仍旧十分缓慢。第六十八联队的伤兵和勤务、山炮、驮马等部队，遭到重机枪的密集射击，情急之下竟然开始往回跑。联队指挥部刚撤退不久，道路前方突然有人用日语向他们打招呼，走在前面的毒气队田中象二中尉以为是前面的驮马部队，急忙回答说是自己人，话音未落机枪子弹就横扫了过来——“这些人是从株洲北进属于第四军第五十九师的约五百名重庆军，为了截击我军，从昨日起就在此占领阵地，严阵以待。”第六十八联队在中国官兵的呐喊声中乱成一团。危急时刻，联队长野宪三郎大佐拔出战刀，命令官兵拼死保护军旗小队，但中国军队的手榴弹风暴一样袭来一“投掷距离如果再延长十米，人和军旗就都被炸飞了。”
第三师团受到阻击后，混乱地沿着浏阳河南岸向磨盘洲涌去，企图从来时的渡河点渡河。但是，磨盘洲对岸已被中国军队占领，强行渡河时毙伤和溺水死者达数百人。第十八联队护送着师团部从磨盘洲下游渡河，刚把军旗安置在一间民房里，院子里就落下了迫击炮弹，瞬间就把护卫军旗的士兵上半身炸飞了，而当时丰岛房太郎师团长就在隔壁。第三师团在磨盘洲渡河不成，下午回头企图向位于槊梨市的第六师团靠近，移动的过程中受到中国军队第四、第七十九军的追捕，损失甚重。五日半夜，第三师团大部终于退到了浏阳河北岸，与第六师团会合了。
在金井地区的日军第四十师团，接到了向春华山前进以掩护第三、第六师团撤退的命令。在与中国军队第三十七军苦战数天后，第四十师团几近弹尽粮绝，勉强移动中各部队都处在不知所措中，因为伤员和辎重队不能跟随行动，于是“与多数伤员一同被留下的龟川联队，笼罩着悲惨的气氛。特别是师团没有可以补给的军需品，留下的弹药只有当初的百分之二十，步枪子弹每人不过十至十五发，手榴弹每一分队只有一至二枚”。为了支撑第四十师团作战，第十一军试图给他们一些补给，然而最后空投下来的竟然只有十发山炮弹。
六日，蒋介石再次敦促第九战区部队全力合围日军：
特急。第九战区杨副长官、王副长官、五十八军孙军长、二十军杨军长、三十七军陈军长、七十八军夏军长。密。此次长沙会战，举世瞩目，现敌主力已被我击破，残部现由捞刀河纷纷向北溃退中，我军欲期获得完全胜利，与空前歼灭战果，全视各军能否施行果敢勇猛之包围与截击。仰严督所部，不惜任何牺牲，发扬最高度攻击精神，努力围歼残敌，以求获得空前胜利与光荣之战绩。倘有堵截不力，纵敌逃逸，定予严办。仰即知照并转饬遵照为要。渝。中。
七日，晴空万里。
日军第十一军调来的一个轰炸机中队，对追击中的中国军队进行持续轰炸。晴朗的天气使日军飞行员将地面情况看得清清楚楚。于是阿南惟几接到了空中侦察报告：在第三、第六师团两侧以及前后，大批中国军队正在急促靠近，特别是第六师团将要通过的正前方栗桥附近的隘路已被中国军队占领。这一报告令第十一军的参谋们认为：“各兵团在近期内摆脱敌人是困难的。”
八日，日军第三师团撤退到福临铺南侧，与福临铺北侧的第九混成旅团对在该地阻截的中国军队第五十八军实施夹击，中国守军的阵地被突破，第三师团向新市方向退去。日军第四十师团从罗家冲向彭家坊方向撤退时，遭到中国军队第七十八军和第三十七军的截击，损失严重。在第六师团的撤退方向上，中国军队第三十七军已经追到栗桥附近并开始侧击。前面有中国军队第二十军和第五十八军挡路，第四军和第二十六军已经追至麻林市，日军第六师团再次陷入重围。日军的一个支队企图从新市方向接应第六师团，遭到中国军队第九十九军的阻击。第六师团又折向东面的杨家湾方向寻找突围机会，但中国军队第二十六军正向杨家湾截击而来。日军第六师团原定的撤退路线已经全被打乱，师团长神田正种不断收到军司令部要求他改变路线的命令，空中的飞行员也不断的报告中国军队合围他的位置。在寻找突围方向的过程中，第六师团被分成了三个相互隔离的部分。
“曳光弹像流星般纷飞，同时还夹杂着冲锋的喊杀声。”——日军第六联队由于负责护送担架队而境况悲惨，担任前卫的第十三联队也已陷入包围。在接近麻林市的时候，联队长友成敏大佐发现无路可走了，只能跑到路边的山上与包围而来的中国军队展开搏斗。中国官兵“连续不断成群蜂拥而至”，日军的炮手、机枪手相继战死，战场上充斥着喊杀声，“到处展开了手榴弹战”。不久，第十三联队的子弹和手榴弹消耗殆尽，只能用刺刀来维持局面。友成敏命令各大队突围，日军立即陷入混乱中，被中国军队切割成碎片，在崎岖的山间小路上到处受到追杀。跟随友成敏联队长突围的是军旗小队、士官候补小队、通信和工兵小队以及驮着行李的驮马队。当这支突围队伍行进到一个名叫梅薮桥的村庄时，“部队正好暴露在毫无遮蔽的水田小路上”，于是成为中国军队的“火力网中心，士兵接连被击毙”。中国军队已迫近距日军四十至五十米处，喊杀声四起，手榴弹如雨，“驮马部队像被捅了马蜂窝似的骚乱起来，通信班已经做好了烧掉文件的准备”。混乱中，友成敏拼死向北跑，跑到福林铺附近找到师团部时身边的官兵所剩无几。
第六师团的师团部也陷入危机。尽管负责保护师团部的直属步兵第二十三联队第二大队拼死抵抗，但依旧挡不住中国军队潮水般的攻击。中国官兵冲到了指挥所周围，手榴弹和迫击炮弹在四周爆炸。第六师团司令部全体指挥军官和通信队的士兵都进入战斗配置。躲在民房里的神田正种心神不宁——“敌弹击中墙壁的声音终夜不绝，甚至以为指挥所坚固的土墙也会倒塌。”
此时，南下接应撤退部队的日军独立混成第九旅团抵达珠影山下。旅团长池上贤吉决心攻克珠影山，把被包围的第六师团营救出来。为此，他临时组成了一支由山崎茂大尉指挥的突击部队，携带手枪、战刀和轻机枪，于九日凌晨偷袭了珠影山上的中国守军第五十八军新编第十师的指挥所。珠影山制高点的丢失使得杨汉域的第二十军形势严峻：日军第三师团为解救第六师团，一支三千人的部队已闯到了第二十军的阵地前，而山崎大队在珠影山上居高临下，三面受敌的第二十军侧后受到严重威胁。杨汉域当机立断，决定军直属的骑兵连、特务连、工兵连，加上第一三四师一部，向山崎大队发动进攻，把珠影山夺回来。天亮了，双方在山上混战，山崎大队渐渐不支——“十时左右，我弹药用尽，在到处的草丛中，可以听到伤员的呻吟声和自绝的手枪声，山崎大队长负伤，满身是血。”在派出一名军曹突围而出去向旅团报告情况后，“山崎大队长再度遭到迫击炮的轰击而死亡。接着士兵们就用刺刀互相刺杀或者用手榴弹自爆而死”。
神田正种得知第三师团奉命派出部队前来解救他时，非常愤怒——“第六师团长的自尊心很强，对于派兵救援感到不快，情绪激愤，当即向军司令部报告称，因已脱离险境，救援已无必要，感谢好意。”但是，第十一军司令官阿南惟几认为，正是因为第六师团的“胆怯及谨小慎微”，不敢大胆的配合独立混成第九旅团夹击当面的中国军队，才导致山崎大队的覆灭，深陷重围的神田正种的这番报告，完全是不顾官兵死活的个人失控行为。
十日，中国军队第七十三、第四、第二十六军继续对第六师团围追堵截。笫六师团在付出巨大伤亡后，在大批战机的掩护下，艰难地退向麻峰咀方向。十一日，日军第六师团和第三师团陆续冲出中国军队的合围，继续向北撤退。第四十师团也从春华山东侧北撤。中国军队第九十九军和第三十七军在麻石山、麻峰咀等的努力拦截，但日军相互掩护，边打边撤。第三师团第十八联队在新市附近遭到围攻，第一大队大队长森胁常市少佐被打死；担任全军后卫的友成联队“处于弹尽粮绝、不眠不休、继续进行殊死战斗的情况中”。十二日，日军大部退回到汨罗江以北地区，中国军队依然没有放弃追击，第七十八军渡过汨罗江向长乐街追击。十三日，感到已基本冲出重围的第六师团开始收容溃兵，但负责收容的平冈联队第六中队却在麻石山中迷了路，四周到处都是中国军队的堵截——“平原中队长在队伍的最尾部，指导战士撤离，终于中弹身亡。”
十五日，中国军队一面在汨罗江以南寻歼残留日军，一面向新墙河以北的日军阵地发动攻击。
十六日，日军大部退至新墙河北岸的原阵地，中国军队的追击停止。双方基本上又回到了战前的对峙态势。
阿南惟几的第十一军战斗指挥所撤回了汉口。
十八日，第十一军在汉口设立灵堂追悼死者。
第三次长沙会战结束。
日方战后的发布是：日方战死一千五百九十一人，其中军官一百零八人；负伤四千四百一十二人，其中军官二百四十一人。中国军队遗弃尸体二万八千六百二十一具，被俘一千九百六十五人。
中方战后的发布是：日军死亡三万三千九百四十一人，其中联队长四人、大队长五人、中队长六人，其他校尉官三人；负伤二万三千零人，俘虏一百三十九人，其中中队长一人。中国军队阵亡军官二百七十九人，士兵一万一千一百二十人；负伤军官七百八十三人，士兵一万五千三百二十三人；失踪军官二十六人，士兵二千一百二十五人。
可以肯定地说，日方公布的伤亡数字大大打了折扣。
此次作战，日军一反不遗弃尸体的规定，在战场上遗留了大量尸体，战后由中国官兵加以掩埋。即使从日本战史的叙述上计算，日军实际伤亡数字也大于其公布数字。仅以第三师团第十八联队为例，该联队最后幸存官兵不足五百人，由此可见日军伤亡之惊人。
中方公布的日军伤亡数字，由于依据是薛岳报来的数字，显然也有夸大的成分——日军总参战人数不过十万左右，如果按照薛岳的报告，日军伤亡共计近六万之多，那岂不是日本第十一军的主力师团已被歼灭得所剩无几？
无论如何，第三次长沙会战是对侵华日军的一次严重打击，是中国抗战军队的一次空前的胜利。这既是薛岳部署的“天炉”所致，也是日军司令官阿南惟几所犯的一系列严重错误所致：贸然发动大规模攻势，作战理由和目的都很勉强，补给准备严重不足——“我军在兵力上与上次长沙作战比较，步兵方面少了三分之一以上，在思想上没有充分地把战斗力和战斗意志统一起来，错误重重，作战始终在极为困难的情况下进行的。”“造成这种结果的最大原因，在于错误的判断彼我的战斗力量”。特别是在日军抵达汨罗江畔后，阿南惟几擅自下令攻占长沙，“情报以及兵站都没有充分准备”，部队是“完全跳入了重庆军事先设置的陷阱而进行作战的”。
毫无疑问，薛岳的“天炉”战法可圈可点。中国第九战区作战指导正确，广泛发动抗日民众，彻底破坏了战场道路，运用层层防御和诱敌深入的手段，成功地把日军拖入了合围圈内。而防守长沙城的第十军死守不退，坚决完成了预定作战任务，尽管伤亡巨大，但确保了“天炉”战法的顺利实施。毋庸讳言的是，此战还是暴露了中国军队战斗力低下以及武器装备落后等弱点：尽管薛岳严令第二十军守新墙河十天，第十七军守汨罗江十五天，可无论官兵如何拼死作战，在日军的强势火力和进攻面前也就能守两三天而已。另外，中国军队在合围和追击阶段再次暴露出固有的顽疾：协同不力，行动迟缓，指挥官控制要点的意识和彻底围歼敌人的决心不够，这些都影响了此次会战最终的歼敌效果。在日军刚刚从长沙撤退时，中国军队完全控制了浏阳河渡口，炸毁了日军架设的军用桥梁，此时又是日军战斗意志最为沮丧的时刻，但由于部队行动不够迅速等原因，中国军队没能再次形成大量歼敌的局面。在汨罗江北岸一带，中国军队多次将日军第六师团完全包围，但由于攻击手段和力度有限，最终还是让日军第六师团在其他部队的接应下突围而出。
第三次长沙会战进行之际，正是日军在太平洋战场上节节战胜之时：一月二日，日军第十四军攻占了美军防御的菲律宾首都马尼拉；十一日，日军第二十五军攻占了英军防御的马来亚首都吉隆坡，第十六军攻占了荷兰军队防御的东印度群岛婆罗洲。中国军队在长沙的胜利，在世界反法西斯战场上可谓一枝独秀，不仅严重挫伤了日军的士气，进一步坚定了中国军民抗战到底的信心，也给予惨败中的盟军一定的鼓舞。
“际此远东阴雾密布中，唯长沙上空之云彩确见光辉夺目。”伦敦《每日电信报》这样报道了中国军队在长沙的作战。
《泰晤士报》也发表评论称：“十二月七日以来，同盟军唯一决定之胜利系华军之长沙大捷。”
美国陆军总参谋长马歇尔来电祝贺，美国海军部部长诺克斯发表告中国人民书，都说长沙之战是所有同盟国家的共同胜利。
长沙会战期间，一九四一年十二月二十二日至一九四二年一月十四日，美英两国首脑在华盛顿举行了“阿卡迪亚会议”，商讨反法西斯的战略问题。美国代表马歇尔认为，中国的抗战牵制着日军三分之二的主力部队，中国是否能够坚持抗战，对太平洋战争具有决定性的作用，因此建议成立中国战区，统一指挥中国、泰国、越南等地的抗日军队。十二月三十一日，罗斯福总统致电蒋介石，提议建立中国战区并由蒋介石担任战区最高统帅，蒋介石表示同意。
一九四二年一月三日，第二次世界大战中国战区正式宣告成立。
但是，同盟国的战略重点依旧是欧洲而不是亚洲，更不是中国。
蒋介石担任的中国战区最高统帅，实际上只是个空头职务，因为当时的越南和泰国都已经在日本的控制之下，根本没有可供蒋介石指挥的盟军部队。
中国抵抗日本侵略者的战争还要自己坚持下去。
成为同盟国成员的中国必须要尽国际义务，尽管这对在持久的战争中已经穷困疲惫的中国无异于雪上加霜：中国战区的军队就要远征了。缅甸方向的英军一溃再溃，中国军队必须前往增援。
对于中国而言，前门刚把日军打回去，后门却出现了危机。