一九四一年十二月八日凌晨——日本偷襲珍珠港之時——在中國內地與香港分界線上的內地一側，侵華日軍第二十三軍第三十八師團第三十八旅團旅團長伊東武夫，帶領步兵第二二九、第二三〇聯隊以及砲兵第三十八聯隊，在漆黑的夜色中潛伏在深圳附近茂密的芭蕉林中。三時四十分，日軍大本營向第二十三軍發來暗語：“花開，花開。”
第二十三軍司令官酒井隆回复：“'鷹'命令已經發出。”
同時，第二十三軍司令部向躲藏在芭蕉林裡的伊東武夫發出了進攻命令。伊東部隊即刻躍出芭蕉林沖入深圳河。
“花開，花開”的意思是：日本已經在太平洋上動手。
“'鷹'命令”，指的是日軍進攻香港的作戰命令。
中日全面戰爭爆發後，中國東南沿海主要港口相繼落入日軍之手。但是，“雖已對中國沿岸海面進行了封鎖，但一直不夠嚴密，無數帆船以香港為中轉基地，橫行於華中、華南沿海一帶，到處形成了向腹地走私的通道”。至一九四一年底，香港成為重慶與國際保持聯繫的唯一門戶，國民政府在香港設有軍政部武器購入部、外交部辦事處、交通部辦事處等機關。 “香港港灣倉庫裡的軍需物資堆積如山”，大量的國際援助通過香港轉運至內地，啟德機場與重慶之間保持著每週的航班往來。因此，早在一九三九年底，日軍大本營製訂下一年度作戰計劃時，就已將攻占香港列入其中，但前提是英、美在歐洲參戰以後。
為了順利地攻占香港，一九四〇年六月，日軍華南方面軍第十八師團進行了廣九作戰，攻占深圳、寶安和沙頭角等邊界一線，徹底阻斷了香港與中國內地的陸路通道。儘管日方極力避免與英國發生衝突，但日軍逼近港中邊界的行為，還是引起了香港的巨大恐慌。 “六月，香港出現了許多不祥之兆的傳說，中文小報聲稱長城內下了六月雪；上海的太陽還出了暈圈。二者都是收成不好或刀兵之災的徵兆。”六月二十八日，香港公佈婦女兒童以及與保衛香港無關人員一律離港的總督令；還頒布了類似進入戰爭狀態的一系列社會法令，包括徵用載重汽車、駕駛員必須登記以及關於土地、房屋、船舶、車輛和飛機的徵用條例。 ——“中國居民中，富人為防盜，購買了更加結實的鐵門並砌高了圍牆。而他們愛國的孩子們的團體，卻給重慶的蔣介石夫人送去一面錦旗。中產階級大量儲糧，窮人跑去向算命先生問吉凶。難民們只要還逃得起，就都轉向珠江口對岸的葡屬澳門。”
香港當局極力表示，英國人定會個個都是保衛香港的好漢：
英語報刊對東方的壞消息一律不登載，對歐洲的壞新聞也多方避免。其手法一是拖延，二是突出雞毛蒜皮的好消息，最後是一再重複英國的光榮歷史。在報導法國的最暗淡消息的同時，報紙就發表社論，高談闊論香港的財政問題以及對歷史影片日益增長的興趣等。有家報紙竟然發表了這樣一封讀者來信，說對保衛香港是勿需擔憂的，因為任何英國人都能在幾小時內學會持槍殺敵。
香港的中國人很快就會知道，當日軍真的衝到英國人面前時，他們將是什麼樣子。
七月，日軍大本營命令重砲兵第一聯隊和獨立重砲兵第三大隊移至廣東。七月下旬，日軍參謀本部又從中國東北和華中地區抽調航空兵部隊集結於華南。
這些消息令香港更加人心惶惶。
此時的英國為抵禦德國已是焦頭爛額：“一九四〇年五月十日，德軍開始了西線大攻勢，在優勢機械化部隊和空軍主導力量的閃電戰面前，英軍拋棄了全部裝備，在同月下旬由敦刻爾克撤退回本土；法國軍隊潰退，於六月十七日貝當政府投降。一向君臨七大洋（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）的大英帝國的命運，現在似乎已成風中殘燭。”而日本人最關心的是：德國何時在英國本土登陸？當然，在日本人看來，這只是時間問題——“大英帝國的崩潰已是預料中的事了。”
這樣一個英國，無暇顧及香港。英軍參謀總長迪爾對此辯解道：“即使我們能夠向遠東派遣強大的艦隊，面對已在中國大陸上站穩腳跟的日軍，能否確保香港仍屬疑問。在任何情況下，香港都不能作為一個前進海軍基地使用。對於既不能救援，又不能長久抗戰的香港，只能做盡可能長期保持的前哨陣地。對於主張加強守備部隊的壓力，應當堅決頂住。”於是，英國祇從遙遠的英屬加拿大，向香港派來了兩個步兵營和一個通信連。
日本人認為，他們攻占香港的時機終於來了：“歐洲戰局如此急轉直下，必然要對南方各地區的政治局勢帶來很大的變化。法屬印度支那，荷屬東印度群島，已成為失去本國的殖民地，香港也已孤立無援。過去我們曾力求徹底切斷列強的援蔣行動，但未獲成功。多年來苦於尋求解決中國事變的途徑，並渴望形成東亞自給圈，以對付英、美的經濟壓力。如今形勢的發展，對於希望進入自給圈一環的東南亞地區的日本來說，真是難得的好機會。六月十日意大利作為德國的盟邦參戰，日本朝野上下，為德國的閃電戰所激動，躍躍欲試。一時街頭巷尾充滿了'不要趕不上公共汽車'的暗語。”日本陸軍普遍認為，攻占香港，最低限度可以阻斷英美對蔣介石政權的援助，從而再度迫使重慶政府在堅持還是屈服面前作出選擇。
香港已在日軍的虎口之下。
香港總督兼全軍指揮官是楊慕琦，香港英軍總司令是瑪爾特比少將，他們能夠指揮的部隊大致如下：羅松準將指揮的加拿大旅，轄皇家步槍團一營、威尼帕古_古拉那達司團二營；瓦利斯準將指揮的香港步兵旅，轄皇家蘇格蘭旅二營、密道爾·賽克斯團一營、拉吉普特七團五營（印軍）、旁遮普蒂十四團二營（印軍）；瑪古·勞德準將指揮的皇家砲兵團，轄第八重砲營、第十二重砲營、第九六五獨立砲兵連、第五高射砲營和新加坡砲兵隊所屬的兩個山砲連；考林松準將指揮的海軍，官兵約八百七十名，有驅逐艦三艘、砲艦四艘、魚雷艇八艘、巡邏艦十五艘以及少量的陸戰隊；撒利潘中校指揮的空軍，官兵約一百名，有魚雷轟炸機三架和水陸兩用機兩架；總督直屬部隊還有皇家工兵、通訊、輜重、軍械勤務、衛生、憲兵等各隊。
以上部隊共計一萬餘人。
蔣介石知道僅憑這點兵力，香港無法抵禦日軍的進攻。於是向香港派遣了軍事使節團，幫助建立起由香港人組成的義勇軍，規模大致為一個團，由英軍上校勞茲指揮，轄七個機槍連、四個砲兵連、一個高射砲連和工兵、輜重、通信、救護等小隊，總計兵力一千七百二十人。
香港乃彈丸之地，少量的高射砲遮蔽不了天空，幾門岸炮也封鎖不了海岸，構築的所謂防線僅僅是依低矮的山包挖掘出的一條步兵戰壕而已，根本沒有防禦縱深可言。 ——所有這一切，日本人很清楚，他們依舊精心準備的原因只有一個：雖然是在中國的領土上，但他們攻擊的對象包括了“西洋鬼子”。
一九四一年十一月五日，日本天皇批准了對美、英、荷的作戰計劃。十二月二日，日軍第二十三軍正式下達攻占香港的命令：
一、帝國決心對美國、英國、荷蘭國開戰。
二、本軍即將開始攻占香港。
三、佐野兵團、北島部隊及本軍飛行隊，根據波集作命甲第一百三十四號命令，立即對香港開始攻擊。
八日凌晨，日軍第二十三軍航空隊撲向了香港啟德機場。
香港上空雲霧瀰漫。
日軍戰機飛抵機場上空四千二百米處，率隊作戰的土生大佐並沒有看見機場上停有戰機，只看見附近的海面上泊有幾艘英軍艦船。土生大佐認為，英軍的飛機可能提前得到消息跑了。但是，當護航的戰鬥機和輕型轟炸機一起俯衝的時候，終於發現在啟德機場的一角英軍戰機整齊地排列著。日軍轟炸機把攜帶的三百五十公斤炸彈全扔了下去，之後戰鬥機反复俯衝掃射，英軍的戰機瞬間全毀。 ——英軍的戰機之所以全部停在機場上，是基於英軍指揮官下達的這樣一道古怪的命令：“魚雷轟炸機在黃昏或拂曉，為攻擊日本海軍主力艦或重巡洋艦的好時機。在此時機到來之前，全部飛機不准離開陸地。”
日軍先遣部隊第三十八旅團衝入了香港境內。
邊境上已無英軍。所有道路、田壟，一切能通過人馬的地方都擠滿了人和馬，進擊猶如怒濤一般指向邊界。向東南側的鐵舟橋在一個半小時內，渡過了輕坦克、汽車三百餘輛、馬四百匹，人員約一千名。東面第二十三軍砲兵部隊的砲聲轟鳴。步兵第二二九聯隊於九時在沙頭角西側突破邊界，向大和市開始進擊……從粉嶺到石湖墟，不見敵踪，據駐民說，英、印兵已向九龍方向退卻……到達大和市北面的鐵路橋時，突然受到兩挺機槍的直射，部隊遭到兵力不明的英軍的抵抗，在此瞬間，尖兵中隊散開並開始還擊，第一大隊也隨之展開隊形。約三十分鐘後，英軍後退。日英衝突的第一個回合就此短促的結束。
日軍伊東先遣隊兵不血刃的突破了邊界。
十一日，日軍逼近九龍要塞。由於突破邊界的行動過分順利，以至於第二十三軍司令官酒井隆產生了某種警覺，認為英軍要不就在九龍要塞里企圖依據堅固工事抵抗，要不可能還有戰術上的更大陷阱。因此，攻擊需要足夠的準備，特別要等重砲部隊上來，於是命令各部隊停止前進。但是，一個令日軍司令部震驚的消息隨即傳來：日軍的一支部隊竟然直接衝進九龍要塞，並發來電報說他們已佔領了要塞核心高地。日軍第三十八師團師團長佐野忠義無論如何不相信這是真的。至少在當時，日本人對赫赫有名的大英帝國軍隊充滿了懼怕。他們認為，如果在沒有準備好的情況下，貿然進攻英軍防守的堅固要塞，將會遭受空前的損失。但是，前往現場調查的師團參謀長回電了：步兵們不但衝進了九龍要塞，而且確實佔領了製高點金山。
防禦九龍要塞主陣地的，是瓦利斯指揮的英軍香港步兵旅。主陣地環繞著鐵絲網，由地下交通壕連接著五個以上的火力點。但是，當日軍小部隊摸上來的時候，各據點里居然都沒有配備火力。負責守備的中隊長吉姆斯大尉的解釋是：“由於對陳舊落後的地下陣地不滿意。”堡壘受到攻擊後，瓦利斯旅長認為這里地形險要，日出前不宜進行反擊。於是一直等到天亮，瓦利斯督促皇家蘇格蘭大隊反擊被日軍佔領的堡壘，蘇格蘭大隊的大隊長持反對意見，認為他的有限兵力不可能完成反擊任務。瓦利斯旅長認可了這一理由，他向瑪爾特比總司令報告說：“強迫大隊長去執行他認為無把握的計劃是無益的。”
日軍很快就衝到了蘇格蘭人面前。沖在最前面的是一個叫山本的中隊長，其奮不顧身的舉動像要實現“武士道置生死於度外似的”，弄得他的傳令兵在後面瘋狂地追趕。山本很快發現了從主陣地撤下來的皇家蘇格蘭旅的一個連隊，但同時他也被蘇格蘭人發現了——山本立刻被密集的子彈打倒在地。後續的日軍狂風一樣衝擊上來，蘇格蘭人傷亡慘重地倉皇撤退。 “十一時三十分，瑪爾特比總司令決心撤出九龍並向楊慕琦總督作了報告”，之後“發出了向香港島撤退的命令”。
九龍半島上唯一的堅固防禦陣地，就這樣莫名其妙地丟失了。
日軍一直衝到維多利亞海灣的北岸——隔著海灣就是香港島了。
此時，幾個擅自行動的日軍——第三十八師團少尉伊藤三郎和小池禮三，他們都曾是奧林匹克運動會的游泳選手——從九龍這邊的鯉魚門到對岸香港島的東北角之間，海灣水道狹窄，大約只有一千米左右，因此兩個少尉認為他們可以游過去。他們以能游泳四公里為挑選條件，迅速組織起一支敢死隊。但是，敢死隊員們下了海才感覺不對勁。儘管這是南方，但十二月的海水依舊冰冷刺骨，加上身上的裝備很重，僅遊了五分鐘就不行了。返回後，發現淹死了十幾個人。
十二月十三日，日軍向香港總督發出勸降書：
我善戰之攻城砲兵及英勇之空軍已做好準備，香港覆滅彈指可待。香港命運已定，勝敗不言自明。我攻城軍念及貴軍之命運及香港百萬無辜民眾，不能一任事態之推移。溯自開戰以來，貴軍雖努力作戰，但如繼續抵抗必將斷送百萬無辜男女老幼之生命，此皆為貴國騎士精神及我國武士道所不忍，望總督深思，立即承諾舉行獻城會議。倘不接受本勸告，餘隻有忍淚訴諸實力，以使貴軍屈服。
楊慕琦總督拒絕投降：“我等自信尚有作戰的能力，而且我等對大英帝國國王尚未完全盡到忠誠的義務。”——總督的拒絕很快傳到英軍官兵中，但總督的這番話變成了“在日軍於香港登陸以前投降，是大英帝國體面所不允許的”。據此，英軍官兵的普遍理解是：只要日軍在香港島登陸，英軍就可以投降。
楊慕琦總督拒絕投降後，日軍對香港島實施了猛烈的飛機轟炸和炮火轟擊。日軍獨立重砲第二、第三大隊，使用了二百四十毫米榴彈砲以及全部的重砲將香港島上的砲台大部摧毀。日本海軍也出動了第二十一航空隊的三十多架戰機，炸毀英軍驅逐艦一艘，擊沉英國商船兩艘。十七日，隨著一百五十毫米加農炮的開火，日軍新一輪的轟擊再次開始，香港總督官邸四周落下了雨點般的砲彈。中午，日軍再次派出軍使勸降，還是遭到了楊慕琦總督的拒絕。黃昏時分，日軍第二十三軍下達了登陸香港島的命令。
英軍的敗局已定。
十八日，日軍首先對登陸地的砲兵陣地等軍事設施進行了破壞性轟擊。二十時五十分，日軍分成數路開始強行登島，一個小時後其前鋒登陸成功，香港旅的拉吉普特營潰散。自十九日黎明開始，瓦利斯旅長命令部隊反擊。隨著英軍反擊火力的逐漸加強，日軍登陸的後續部隊遇到阻力。英軍的魚雷艇也駛人了海灣。同時，英軍步兵在北角、黃泥湧、畢拿山、賽馬場、香港飯店等地與登陸的日軍展開激戰。從加拿大增援香港的加拿大旅旅長羅松準將陣亡。英軍之所以還在苦戰的原因，來自蔣介石派來的軍事使節團團長陳策對英軍的承諾，他說六萬多的中國軍隊正在向港中邊界集結，很快就會向日軍的背後發起攻擊。但是，六萬多的中國軍隊至今沒見到影子，英軍的陣地已在日軍強大的攻擊面前不斷丟失，各路反擊都沒能奏效。二十三日晚，殘存的英軍被壓縮在灣仔山峽等狹窄的地域內。二十四日，軍事使節團團長陳策乘坐一艘民間小艇逃離香港，途中受到日軍的射擊而中彈負傷。二十五日，總督楊慕琦召開防衛委員會議，對是否投降進行諮詢，該委員會決定對日本的勸降置之不理。消息傳出後，日軍的飛機和火砲立即對殘存英軍躲藏的灣仔山峽、歌賦山、扯旗山、西高山等地實施了集中的轟炸和轟擊。下午，英軍總司令瑪爾特比評估了形勢，認為主要陣地已經全部失陷，能夠機動使用的火砲只剩下八門，砲彈所剩無幾，十五時四十五分他向楊慕琦總督作出了“無法進行更有效抵抗”的報告。
很快，英軍第一線陣地上舉起了白旗。
十八時二十分，香港總督楊慕琦和英軍總司令瑪爾特比前往日軍指揮部正式向日軍投降。
一九四一年十二月二十六日凌晨一時，日軍佔領香港。
日方統計：此戰日軍戰死六百八十三人，負傷一千四百一十三人；
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後放下武器的，其中只有少數中國人，大多是英國人、印度人和加拿大人。
日軍大本營任命陸軍中將磯谷廉介為香港新總督。
香港的陷落，令抗戰中國失去了一個重要的國際援助通道。而此時，衝入緬甸的日軍正在向中緬邊界推進，如果那條脆弱而崎嶇的滇緬公路再被切斷的話，國民政府控制區將成為孤島。
就在蔣介石為香港的迅速陷落感到吃驚的時候，從湖南方向又傳來發生戰事的消息。
日軍第十一軍司令官阿南惟幾，在他的部隊從長沙回撤後幾乎喘息未定之際，又發動了一場大戰。而令人奇怪的是，無論作戰樣式、作戰方向以及作戰目的，竟與兩個月前的第二次長沙會戰一模一樣。
這就是中方所稱的“第三次長沙會戰”。
偷襲珍珠港、東南亞作戰以及香港作戰，都與占領著中國武漢地區的日軍第十一軍沒有關係，東京大本營也沒有給第十一軍任何作戰指令。可是，自大本營決定為南方作戰從中國派遣軍抽調部隊時起，阿南惟幾就成了大本營的死對頭。凡是大本營作出的削減他的戰力的決定，包括縮小作戰區域、發動南方作戰以及放棄對宜昌的佔領，他都表示強烈的反對。阿南惟幾的這種耿耿於懷，在日軍發動太平洋戰爭前夕突然得到了緩解——一九四一年十一月六日，大本營發來的關於抽調兵力的電報稱：“除第四師團外，不抽出第六師團，決定於一月中旬增派一個獨立混成旅團。第十一軍的任務和作戰區域不變。”——“阿南惟幾接此電報後在日記中記下了'欣喜若狂'四個字。”原以為至少要從第十一軍抽調走兩個師團，現在居然只抽走一個，還補充了一個混成旅團，阿南惟幾晦暗的情緒一掃而光，立即想到了再開戰端。
太平洋戰爭爆發前後，日軍大本營從中國戰場一共抽調了五個師團編入南方軍，另外還抽調了第四師團作為大本營預備隊。此時，在中國戰場上，除關東軍之外，日軍保留著二十一個師團、二十個獨立旅團和一個騎兵集團，約佔日本陸軍總兵力的五分之二。由於兵力的嚴重減少，珍珠港事件爆發後的第二天，日軍中國派遣軍下達了“大陸命第五十七號”，規定了侵華日軍的基本任務。與一年前相比，任務發生了微妙變化，比如，原來的任務是“摧毀敵人的抗戰企圖”，現在變成了“摧毀敵人的抗戰力”；陸軍航空兵的任務也從“對整個中國進行空中進攻戰”，變成了“協助地面作戰並根據需要擔任要地防空”。最為特殊的是，命令強調了對中國的經濟掠奪：“資源物資的開發和現地謀求自給的問題，成為今後戰爭指導上極為重要的問題”；“確保佔領區內的重要資源地區，使之便於開發、獲取和運輸”；“加強當地自給自足措施，積極地獲取和利用佔據地區內外的資源”。
從戰略上看，珍珠港事件爆發後，侵華日軍基本轉為守勢。
侵華日軍的主要兵力放在了華北、華中等佔領區。針對長江中下游中國物產富庶的地區，日軍第十一軍保持著相當的力量。珍珠港事件爆發時，第十一軍的作戰部隊有：豐島房太郎的第三師團、神田正種的第六師團、青木誠一的第四十師團以及池上賢吉的獨立混成第九旅團；軍直屬的部隊有工兵、輸送隊和野戰重砲兵第十五聯隊，還有秋山豐次的第一飛行團，總兵力在十二萬左右。
面對日軍在太平洋和東南亞的迅速推進，阿南惟幾特別對第十一軍的幕僚們強調：“由於南方作戰的開始，人們心中瀰漫著一種認為中國方面已成為次要戰場的想法，要特別以此為戒。”——試圖以有所作為的積極作戰避免淪為“次要戰場”的阿南惟幾，很快就發現了一個再起戰端的機會：日軍第二十三軍從廣東方向進攻香港後，有情報顯示，國民政府軍事委員會為配合英軍的抵抗，命令第四戰區向日軍第二十三軍發動攻勢；並命令第五、第六和第六十六軍從廣西、四川向雲南集結，準備進入緬甸支持英軍對緬甸的防禦作戰。特別是在第十一軍的對峙當面，中國軍隊第二、第四軍已由長沙南下，看樣子是去支持第四戰區冊應香港的行動了。 ——如果趁此時機發動一次大規模攻勢，“冊應第二十三軍的香港作戰”，不是絕好的理由嗎？
木下勇參謀長立即給第二十三軍發出問詢電報：“中國第四軍的移動對貴軍有何影響？”同時委婉的表示，第十一軍願意採取牽制動作。木下勇對上一次長沙會戰時中國軍隊“以旺盛的戰鬥意志，連續不斷大舉向汨水河畔出動”，從而使第十一軍“進行了一場相當激烈的戰鬥”心有不甘，認為是中國軍隊“輕侮了”第十一軍。
十三軍明確答复，他就迫不及待地下定了作戰決心：“只用一個小時的時間就下了決心，十二月十二日夜，在就寢中考慮了戰況，決心對廣東方面予以牽制，當即制定了作戰大綱。”
自然，阿南惟幾立刻批准了木下勇的作戰計劃。
日軍第十一軍擬訂的作戰方案是：十二月二十二日左右，向湘北新牆河一線發動攻擊。首先以第六、第四十師團擊潰新牆河一線的中國守軍第二十軍的防禦部隊，並在關王橋附近將第二十軍主力包圍矸滅；然後投入第三師團於第六師團的右側，把汨羅江附近的中國守軍第三十七軍擊潰後結束作戰。作戰週期大約為兩週。同時，第三十四師團和獨立混成第十四旅團從南昌方向出擊實施牽制性進攻。
因為只是一次短距離進攻然後迅速回撤的作戰，況且確實能夠起到牽制中國軍隊冊應香港的作用，中國派遣軍基本上予以了首肯。
但實際上，阿南惟幾“已經考慮了進攻長沙的問題”。
關於是否進攻長沙——或者說，是否在突破汨羅江後，像上次一樣攻占長沙——在第十一軍司令部內又發生了爭論：如果進攻長沙，不但超出了“牽制中國軍隊冊應香港作戰”的範疇，而且作戰規模要比木下勇的目前計劃大得多。更重要的是，在上報中國派遣軍的計劃中並沒有這一作戰目的——如果沒有得到批准，就是擅自行動。除了阿南惟幾之外，心存攻占長沙念頭的，還有第三師團師團長豐島房太郎。他對目前只攻擊到汨羅江就結束作戰很不滿意，明確表示應該繼續南進攻擊長沙。持反對意見的，是負責後勤的軍副參謀長二見秋三郎，他認為作戰不能違背已獲批准的計劃，且“第一線的氣氛是否一致？全體將士有無完成的信心”都需要考慮。
十二月二十二日，第十一軍發動進攻的前夕，阿南惟幾從漢口出發前往岳陽的戰鬥指揮所。木下勇參謀長提醒司令官，先不要向部隊提是否攻占長沙的問題，以免人心混亂。
日軍第十一軍就這樣匆忙決定了作戰計劃。計劃從一開始便是一筆糊塗賬，除了必須打一仗的固執而又魯莽的衝動外，無論作戰實施步驟以及將要達成的作戰目的都模棱兩可。
一九四一年十一月，中國第九戰區司令長官薛岳召開第二次長沙會戰檢討會。在總結前兩次會戰的基礎上，分析了日軍再次發動攻勢時可能的攻擊方向：一是全力向湘北進犯，重點保持在左翼，力圖包圍我軍右翼；二是在主力攻擊湘北時，以一部兵力由南昌、武寧和通城等地進犯，以冊應主攻方向。無論哪一種情況，日軍將基本按照前兩次長沙會戰時的路線，向南突破新牆河直指長沙。由此，薛岳確定了第九戰區的基本原則：在贛北、鄂南和湘北方向上，竭力把日軍阻擊在分宜、上高和甘坊以東；修水、龍門廠和南江橋以北以及澧縣和宜都以東地區，爭取各個擊破。而在重點作戰區域的湘北，“運用尾擊、側擊及正面強韌抵抗，務於瀏陽河、撈刀河間地區，將進攻長沙的敵軍主力，反擊而殲滅之”。 ——與前兩次長沙會戰一樣，薛岳還是採取“誘敵深入”的方針，邊打邊撤地將日軍誘至預定決戰區域加以圍攻。其基本要領是：預定決戰區域在長沙外圍，決戰時主力保持在長沙東側。日軍開始進攻時，一線中國守軍逐次抵抗消耗日軍，一部分主力向戰場的東面移動，一部分主力則移動至瀏陽河與撈刀河之間的隱蔽地區，待日軍抵達預定決戰區域後，採取兩側夾擊和截斷後路的方式克敵。決戰時刻，長沙要堅守不退。如果日軍向鄂南和贛北等地進行牽制性攻擊，當面的中國軍隊同樣要採取誘敵深入然後反擊的基本策略。
薛岳自稱本著“既往所得之經驗教訓”，創天爐戰法何謂“天爐戰法”？
薛岳的解釋是：
天爐戰者，為在預定之作戰地，構成縱深網形據點式陣地，配置必要之守備部隊，以伏擊、誘擊、側擊、截擊、尾擊、堵擊諸手段，逐次消耗敵力，挫其銳氣，然後於決戰地使用優越之兵力，施行反擊及反包圍，予敵以殲滅打擊。蓋為後退決戰方法，因敵之變化而變化之殲敵制胜新方略，如爐熔鐵，如火煉丹，故名。
薛岳把新牆河至汨羅江之間地域，設定為伏擊和誘擊地帶；把撈刀河至瀏陽河之間，設定為決戰地帶。同時命令動員作戰地區的二十萬民眾破壞所有的道路；把水田翻犁並蓄水；清查戶口，嚴防奸細；組織戰勤民工構築陣地，輸送給養和救護傷員。
“敵之進犯，無異自投天爐，予我以熔化之機。”
薛岳信心滿滿。
進入十二月，第九戰區發現當面日軍調動頻繁，不斷地向湘北和贛北集結兵力，且民眾報告說日本人正在抓夫搶修南昌機場。薛岳判斷日軍很可能就要發動攻勢了。
此時第九戰區部隊的位置如下：
羅卓英的第十九集團軍在贛北方向與日軍對峙。
王陵基的第三十集團軍，一部與武寧方向的日軍對峙，一部控制在修水附近。
楊森的第二十七集團軍在岳陽以南與日軍對峙，其在新牆河前沿的部隊是楊漢域的第二十軍和孫渡的第五十八軍。
戰區直屬的傅仲芳的第九十九軍擔任汨羅江至洞庭湖東南岸一線的防禦；陳沛的第三十七軍擔任汨羅江兩岸長樂街至新市一線的防禦，主力控制在汨羅江與撈刀河之間的蒲塘和栗山港附近；李玉堂的第十軍負責守備長沙；彭位仁的第七十三軍為戰區預備隊。
十八日，新牆河北岸的日軍砲兵向南岸的中國守軍陣地進行了數次試射；第六、第四十師團的小股部隊也對中國守軍的陣地進行了試探性攻擊。一切跡象表明，日軍進攻在即。
二十日，重慶軍事委員會電令歐震的第四軍從廣東返回湖南，王耀武的第七十四軍由廣西向湖南移動。
同日，薛岳下達了第九戰區行動部署：
羅卓英率領第十九集團軍戰鬥指揮所，二十一日晨由上高進駐瀏陽，指揮蕭之楚的第二十六軍、夏楚中的第七十九軍以及暫編第九軍郭禮伯的第一九四師。第七十九軍由衡陽乘火車運送株洲，限二十三日抵達；第一九四師向醴陵開進，限二十七日抵達；第二十六軍負責瀏陽河陣地的防禦作戰。
王陵基率領第三十集團軍戰鬥指揮所，二十一日晨由修水進駐平江，新編第十三、第十五、第十六師全部開至平江附近。
楊森指揮第二十七集團軍準備作戰，其第二十軍在新牆河南岸逐次抵抗日軍，必須堅持十天以上，然後向側面陣地轉移；第五十八軍在日軍強渡新牆河時，由東向西側擊日軍，協助第二十軍作戰，然後向側面陣地轉移。
陳沛的第三十七軍在汨羅江南岸防守，必須堅持十五天以上，然後向側面的山地轉移。
傅仲芳的第九十九軍確保現有陣地和洞庭湖南岸湖防，然後待命自西向東夾擊日軍。
李玉堂的第十軍固守長沙，第一九〇師守外圍，第三師守城內核心陣地，預備第十師守岳麓山。
十二月十四日，日軍第十一軍開始向岳陽附近集結。
二十三日，阿南惟幾下達作戰命令：
一、飛行第四十四戰隊，協助我軍攻擊。
二、軍企圖以第六、第四十師團，從十二月二十四日夜開始攻擊，在新牆東南地區擊潰新牆河左岸地區之敵後，再擊潰汨水左岸地區之敵。
三、第六師團應於二十四日夜發起攻擊，在新牆西方地區突破敵線，捕捉該地以西之敵，進入三江口（關王橋西南五公里）附近。
四、第四十師團應於二十四日夜發起攻擊，在潼溪街東方地區突破敵線後，捕捉該地以西之敵，進入關王橋附近。
五、第三師團應於二十日拂曉，以一部砲擊潼溪街附近的敵陣地，協助第四十師團的攻擊。主力轉到第六師團的右側，在新牆河渡河，捕捉所在之敵，進入歸義附近。
薛岳的“天爐”已經在等著阿南惟幾了。
中國第九戰區位於新牆河最前沿的部隊，是第二十七集團軍的第二十軍。薛岳把楊森的川軍放在第一線頗有用意。楊森的部隊出川抗戰後，無論是淞滬會戰、武漢會戰，還是長沙會戰，川軍在中國軍隊裡算得上是打得不錯的。更重要的是，川軍有家族軍隊的傳統，第二十軍的主要軍官都是楊森的子侄，他常對軍官們說的話是：“龜兒子們，不要給楊家丟臉，要像楊繼業七狼八虎抗擊遼兵一樣打鬼子。”現任第二十軍軍長楊漢域，就是楊森的侄子，一家子合夥打仗自然不會含糊。
二十三日，楊漢域的防禦部署是：夏炯指揮的第一三三師針對日軍第六師團，位於戰場的左翼，防禦鹿角、榮家灣、新橋、三港嘴（不含）一線，阻敵十天后向南面的智源洞、三江口轉移；楊乾才指揮的第一三四師針對日軍第四十師團，位於戰場的右翼，防守三港嘴、草鞋嶺、方山洞一線陣地，阻敵十天后向南面的三江口、關王橋轉移；孔荷寵指揮的暫編第五十四師，位於戰場的東面，負責防禦九嶺、麥市、斗米山一線陣地和賽公橋、鐵柱港、通城等前進據點，保障新牆河一線陣地的右側背。
從日軍的作戰計劃看，在進攻的第一階段中，無論是第六師團還是第四十師團，其攻擊重點都在中國軍隊第二十軍所在方向，可見日軍一開始就想把楊漢域的第二十軍先吃掉。
即使第二十軍全軍奮力血戰，薛岳要求其三個師抵擋住日軍三個師團十天的進攻，著實有點蠻橫。
第二十軍第一三四師的右翼陣地突出於新牆河以北，因此日軍第四十師團必須把這部中國軍隊趕走，才能靠近新牆河的渡河出發地。二十三日凌晨，日軍第四十師團步兵第二三四、第二三五聯隊，向新牆河北岸的中國守軍第一三四師四〇〇團發動了攻擊，四〇〇團抵抗一天后退守新牆河南岸。
二十四日，日軍第六師團和第四十師團全部進入新牆河北岸陣地。凌晨，烏云密布，雨雪飄灑，氣溫降到了零度以下。隨著日軍火砲的猛烈轟擊，右翼的第四十師團率先向新牆河中國守軍發動了攻擊。日軍在徒涉新牆河時遭到第一三四師的猛烈阻擊，戰至下午二時，日軍突破了第一三四師的一線防禦陣地。楊森命令集結在戰場東側的新編第十一師從黃崖市向楊林街推進，自東向西攻擊，協助第二十軍的作戰；同時命令第七挺進縱隊負責防禦大雲山、方山洞和八百市一線，第一三四師在方山洞的部隊迅速向主力靠近，以便構成新的阻擊線。晚上，雨雪下得更大了。日軍第六師團向新牆河南岸中國守軍第一三三師陣地發動了攻擊，然後冒著中國守軍的猛烈射擊在黑暗中強渡新牆河。午夜，日軍突破了第一三三師的阻擊陣地，第一三三師主力向南撤退。二十五日清晨，日軍第三師團步兵第二十九旅團所屬部隊，在旅團長石川忠夫的指揮下，跟在第六師團的後面渡過新牆河，從戰場的左翼方向沿著粵漢鐵路兩側迅速南下。
中國守軍的新牆河一線陣地，僅守了一天便被日軍全線突破。
此時，日軍三路並進追擊撤退中的第二十軍：東側的第四十師團攻擊第一三四師的二線陣地；中間的第六師團第二十三、第四十五聯隊攻擊第一三三師三九八團陣地；西側的第三師團攻擊第一三三師三九九團陣地。混戰持續到天黑，第二十軍軍長楊漢域與各師的聯絡都中斷了，僅知道部隊在混戰中傷亡慘重。第一三三師同時受到日軍兩個師團的聯合攻擊，部隊被打亂，形成了官兵各自為戰的據點守衛戰。守衛傅家沖和洪橋據點的三九八團二營和三營官兵，堅守陣地，誓死不退，擊退日軍的數次沖鋒，給日軍以大量殺傷，但終因兵力懸殊，守洪橋的三營副營長呂海群陣亡，守傅家衝的二營營長王超奎和官兵數十人全部戰死。楊漢域軍長登高觀察戰場，他格外關注第一三三師的戰況：“十里縱橫據點，敵我混戰，槍砲聲及轟炸聲歷歷可聞。據報該師傷亡雖重，士氣極旺。敵軍因與我混戰肉搏，死傷確較我慘重。”
在中國官兵死戰之時，日軍主力從各陣地間的縫隙迅速向南突擊，在大荊街附近日軍受到第一三三師三九七團三營的伏擊。與此同時，日軍第四十師團一部也與中國軍隊第一三四師在觀德衝、十步橋等地展開了激戰。特別是在對第二十軍指揮部所在地關王橋的進攻中，日軍遭到中國守軍的頑強抗擊：“龜川聯隊在步、炮、工的協助下，攻擊陳家橋東一公里的斗南尖高地，第二中隊雖攻進其一角，但屢遭逆襲，其夜雖進行了數次夜襲，但均未成功。重慶軍頑強抵抗，其激烈程度為前所未有”；“戶田聯隊在伸手不見五指的黑夜裡，冒著風雪，從關王橋徑直南下，插入重慶軍的大部隊裡，所到之處，在短兵肉搏中竭力前進”。
應該說，在戰場第一線阻擊的第二十軍已經拼盡了全力。
由於部隊傷亡過大，楊漢域決定逐步撤出戰場，按照原定計劃轉移。但是，二十六日天一亮，日軍再次發起強攻，繼續向第二十軍壓來。第六師團攻擊第一三三師的羊角嶺、三江口陣地；第四十師團在關王橋附近與第一三四師激戰。下午，羊角嶺和關王橋陣地丟失，日軍繼續向南衝擊。為遏制日軍的南下速度，楊森命令第五十八軍的兩個師迂迴到兩側夾擊日軍。黃昏時分，關王橋以南的陳家橋等陣地被日軍突破。此時，戰場上雨雪交加，天寒地凍，氣溫降到此地罕見的零下五攝氏度。由於道路泥濘不堪，日軍的機械化裝備行進艱難，部隊在徹骨的寒冷中苦苦前行。夜幕降臨之後，黑暗加劇了寒冷和恐懼。但是，在南下日軍的身後，第二十軍第一三三師三九八、三九九團官兵仍在死追。午夜，楊森命令他們立即突圍歸隊。兩個團的殘存官兵繞道而出，最終追上了主力。但防守黃沙街陣地的三九九團的一個連，在受到日軍第三師團的火砲打擊和步兵圍攻後，全連官兵全部陣亡。
至此，中國軍隊第二十軍在新牆河兩岸與日軍打了三天。儘管距離薛岳要求的阻擊十天的限定相差還遠，但這支川軍部隊作戰不屈不撓，應該視為完成了預定任務。
二十六日晚，日軍第三、第六師團前鋒推進至汨羅江北岸附近，第四十師團前鋒也突至汨羅江北岸渡口長樂街。
這時候，傳來了日軍佔領香港的消息。
中國派遣軍司令部之所以批准第十一軍的此次作戰，只是為了牽制中國第九戰區部隊南下增援香港。現在香港已被攻占，第十一軍的作戰已經沒有什麼意義了。但是，阿南惟幾不這麼想。他不但沒有停止進攻，且於二十六日命令部隊繼續南進，把攻擊矛頭指向了防禦汨羅江的中國軍隊第三十七軍：
一、敵第三十七軍，以第六十師、第九十五師在甕江、桃花（甕江西北五公里）、桐子山（長樂南十二公里）、湖源山（桐子山西南五公里）、磨石山一線；又以第一四〇師從花門樓到周家灣（金井西南八公里）一線，各自佔領陣地，企圖長期戰。
二、軍準備對占領陽水左岸高的陣地的敵第三十七軍，在二十九日天明前，發起攻勢。
三、第三師團應在二十九日天明前，把位置向前移動到汨水左岸地區，對歸義南方高地之敵，準備攻擊。
四、第六師團應在二十七日以後，把位置向前移動到新市附近的汨水左岸，二十九日天明前，對正面之敵，準備攻擊。
五、第四十師團，應適時以主力向長樂東南地區前進，以一部向浯口對岸附近移動，二十九日天明前，對正面之敵準備發起攻擊。
發源於幕阜山南麓的汨水，在歸義附近與羅水匯合稱汨羅江，江水西流注入湘江。每年冬季為枯水期，一般情況下人馬車輛可以徒涉。但是今年入冬後，連日雨雪，江水暴漲，水深平均在兩米左右。在這個方向上，汨羅江有三個主要渡口，其中的長樂街渡口和新市渡口位於岳陽至長沙的公路上；西側的歸義渡口在粵漢鐵路橋旁邊。這三個渡口控制著岳陽至長沙間的三條平行道路，因此是日軍向南攻擊的重點。
第九戰區防守汨羅江沿線的部隊，是陳沛的第三十七軍和傅仲芳的第九十九軍的兩個師。沿著汨羅江南岸從左至右：第九十九軍的第九十九師防守湘陰至營田以東一線；第九十二師防守歸義兩側，當面的日軍是第三師團；第三十七軍的第九十五師防守新市、伍公市附近；第六十師防守長樂街至浯口、張家渡一線，第一四〇師控制在金井附近為軍預備隊，當面日軍是第六、第四十師團。
中國軍隊第三十七軍算不上是有名的部隊，阿南惟幾之所以用兩個師團的兵力瞄準該軍，原因是該軍參加了前兩次的長沙作戰，至少在這個方向上是日軍的老冤家。與防守新牆河的川軍第二十軍不一樣，第三十七軍是一支湖南本土部隊。抗戰爆發後，該軍參加了長江一帶的數次會戰，每一次都因傷亡慘重不得不重新補充。南昌會戰後，關麟徵被免去軍長職務，陳沛繼任，現任的三名師長分別為：第六十師師長董煜、第九十五師師長羅奇和第一四〇師師長李棠。
二十七日上午八時，日軍第六師團先頭部隊向汨羅江邊的中國軍隊第九十五師陣地發動攻擊，被二八三團擊退。下午三時，日軍第四十師團先頭部隊向第六十師防守的長樂街一線發起攻擊，被一七九團擊退。但是，在日軍第三師團的進攻方向上，中國守軍第九十九師的陣地被突破，中午十二時左右日軍開始強渡汨羅江——“汨水數日來由於風雪，河水不斷上漲，濁流湍急，無法測量水深。”儘管突破了中國守軍的陣地，但擔任前鋒的日軍大隊長橫田莊三郎中佐和鬼頭三良少佐對中國軍隊第九十九師的頑強抵抗印象深刻：
橫田大隊邊以速射砲、重火器摧毀北岸敵人的星狀據點，邊在敵手榴彈的爆炸下，利用死角強行沖入敵陣，逐次摧毀北岸的敵陣地。另一方面，鬼頭大隊進入鐵路橋的東側，在重火器支持下第三中隊於十三時三十分冒著飛雪強行渡過水深沒胸的汨水河，衝入南岸的敵陣地。接著橫田大隊開始渡河，憑據掩蔽陣地之敵，雖一齊進行射擊，但終於排除抵抗，渡河成功。登岸後未及晾乾濕透的衣服，就繼續擴大戰果。第一線中隊於十五時左右，推進到河南約二公里的地方，後續的馱馬部隊在將要渡河時，突然遭到巧妙隱蔽在鐵橋橋腳附近的敵機槍從背後猛射，部隊為了撲滅機槍又費了一些時間……擔任警備馱馬的一個小隊，在從後方追趕中，連續受到三次襲擊，幾乎全部被殲。
二十八日，日軍第三師團全部渡過汨羅江，繼續迅速南下，但中國軍隊第九十九師邊撤邊打，仍在不斷殺傷日軍：“伊藤步兵大隊安全通過後，騎兵第三聯隊先頭以軍旗為前導，前進到距汨水七百至八百米附近時，突然遭到來自道路兩側據點的猛烈射擊，聯隊副官當即負傷，軍馬六十四匹相繼中彈倒斃。”晚上，雙方對峙於粵漢鐵路東側的落馬橋、大娘橋、神鼎山一線。
日軍第六師團發起的攻擊被中國守軍擊退後，下午，在火砲和戰機的支援下，第六師團從蘭市河再次發動攻勢，與中國守軍激戰到天黑，日軍突破蘭市河附近的防禦陣地後開始強渡汨羅江，但此時江岸的其他渡河點依舊在中國軍隊第九十五師手中。日軍第四十師團清晨開始強渡，並猛烈攻擊長樂街，中國守軍第六十師防守長樂街的一個連的官兵全部戰死，長樂街失守。入夜，雙方對峙於李家河、劉家塘一線。
鑑於日軍第三師團已經渡江深入，戰場的左翼形勢嚴峻，薛岳命令第三十七軍預備隊第一四〇師向鐵路方向增援，暫歸第九十九軍指揮；命令第三十七軍軍長陳沛的指揮所向前推進，就近指揮第九十五師和第六十師的作戰；命令第二十軍和第五十八軍對日軍實施夾擊，牽制日軍第六、第四十師團的南進。
也是鑑於第三師團全部渡江，阿南惟幾命令第三師團暫不向南推進，而是沿著汨羅江南岸向東，朝著第三十七軍的後方福臨舖前進，目的是將第三十七軍包圍殲滅。
二十九日，大雪，汨羅江兩岸一片蒼茫。
迂迴的日軍第三師團連夜兼程，凌晨時分進抵新開市附近，與退守該地的中國軍隊第九十九軍第九十九師遭遇。此時，增援而來的第一四〇師正在向第九十九師靠近。但是，第三十七軍第九十五師面對著日軍第六師團和第四十師團的攻擊，壓力巨大。第六師團從凌晨開始猛攻第九十五師的陣地，中國官兵憑藉著險峻的山的陣地令日軍每前進一步都要付出很大代價——“重慶軍的抵抗極其頑強，從左右兩方包圍了聯隊本部，幸而飛行隊的密切協助和第一線的反复衝鋒，直到傍晚才完全將其擊潰”。
三十日，天晴了。
但是，遍地積雪，寒風刺骨。
日軍在航空兵和砲兵的支持下，對中國軍隊第三十七軍發動了全線圍攻。雙方激戰至中午進入膠著狀態。下午，日軍以第六師團一部繼續圍攻第三十七軍，主力則從第九十五師陣地之間的空隙通過，迅猛向南穿插；同時，第四十師團突破了當面中國守軍第六十師的陣地。鑑於日軍已經南下，第三十七軍的阻擊任務基本完成，如果再頂下去就有被圍殲的危險，軍長陳沛命令第九十五、第六十師向汨羅江以南、撈刀河以北的山地轉移，部隊變成對日軍主力呈側擊態勢。同時，陳沛也試圖把日軍主力吸引過來，為戰區展開後續的作戰部署贏得時間。
三十日深夜，與日軍第三師團糾纏的第九十九軍，按照薛岳的命令也開始脫離戰場，向西撤退到汨羅江以南、撈刀河以北地區，在粵漢鐵路右側的山地裡隱蔽起來，與第三十七軍形成從東西兩面夾擊日軍的形狀。
儘管日軍早就衝了過去，但滯留在日軍身後的楊漢域的第二十軍一部，還在新牆河以南頑強作戰。三十日晚，第二十軍官兵在新牆河附近一個名叫長胡鎮的地方，突然襲擊了日軍輜重部隊第四十聯隊。聯隊長森川敬宇率部正在一座寺院裡休息，中國官兵猛然衝進來，日軍官兵驚惶四散，森川敬宇聯隊長被打死在寺院外的雪地裡。
此時，日軍的三個師團都已突破汨羅江，前面就是撈刀河以及隔河的那座久經戰火的長沙城。
難題再次擺在了阿南惟幾的面前：是否繼續攻擊？
對攻占長沙持反對意見的作戰參謀主任島村矩康和副參謀長二見秋三郎，向司令官提出了謹慎從事的意見。這令阿南惟幾非常氣憤，認為軍官們“對於作戰之道尚未理解”，他特地召開了軍官會議以闡述他的觀點。
二十七日，阿南惟幾日記：
一、夜來風雪未停，溫度降到零下四點五度，有薄冰。
二、參謀長和島村參謀，從全面判斷，大致似已認識到進攻長沙的必要性。餘舉其有利之處：
一、給予蔣政權以無聲的威脅。
二、把向南方集結的兵力牽制在北方，使其有湖南隨時可能受到襲擾之感。
三、表明皇軍尚有餘力。
四、使湖南民眾感到蔣軍不足依靠。
五、予第六戰區以威脅。
阿南惟幾認為，只有用強大的武力表明日軍在中國還保持著絕對優勢，才能使他對整個戰局的惶惑緊張稍感釋然。
阿南惟幾向中國派遣軍發出了要求攻占長沙的電報。
二十八日，中國派遣軍的回電並沒有批准攻占長沙的請求，只是命令第十一軍等待下一步的指示。
阿南惟幾大失所望。
二十九日十七時，日軍的飛機偵察報告說，中國軍隊正大規模地向長沙退卻。雖然中國派遣軍的指示仍沒抵達，但阿南惟幾已經等不得了——“乃獨斷決定命第三師團向長沙方面追擊，同時向總司令官提出獨斷請罪。”
二十九日傍晚，阿南惟幾下達了攻擊長沙的作戰命令。
晚上，負責後勤的副參謀長二見秋三郎接到參謀長木下勇的電話，告訴他司令官已決定進攻長沙，命令他立即前來岳陽商議作戰。
二見秋三郎極其不滿，認為司令官完全在意氣用事，根本不顧部隊的作戰能力以及補給困難。由於原定作戰計劃中沒有攻占長沙的行動，因此一線官兵僅有緊急出動時每人隨身攜帶的一百二十發步槍子彈，經過激戰估計已經所剩無幾了。彈藥向前運輸的最大問題是中國軍民把從新牆河南下長沙的所有大小道路都破壞了，加上河流漲水，橋樑或被沖斷或被淹沒，汽車根本無法通行。戰鬥開始以來，工兵部隊頂風冒雪搶修道路，但中國軍民將道路摧毀得十分徹底，根本無法修補，只能開闢新路。工兵們依據簡陋的中國地圖，在起伏的丘陵地帶摸索，試圖築出一條可供車馬行進的道路，但“與其說這是在修築道路，不如說始終在砍伐樹木開拓前進，因為在丘陵地開拓道路，道路都是用原木鋪就的，遇到障礙就得迂迴前進，遇到水田就得耗費很多時間，用束柴鋪墊築路。由於道路的迂迴曲折，大大延長了築路作業的距離……對於軍工兵隊來說，到達汨水，不眠不休地干了五天，在二十九日十七時，好不容易用原木鋪設的兵站路才從新牆到達了大荊街”。更重要的是部隊的士氣。此時日本陸軍的作戰意誌已與戰爭爆發初期截然不同。主力部隊大多到太平洋戰場去了，臨時徵召預備役兵組成了二等、三等師團，不但官兵作戰經驗不足，且士氣普遍低落。日本戰史明確地記載了第十一軍全線突破汨羅江後的官兵心態：
自到達汨水河畔，在第一線官兵之間，都流傳著“這次作戰是為了牽製香港，到三十一日止，可能反轉”等消息。然而現在進至汨羅左岸，並有南下的態勢，官兵們關於今後的行動毫無所知，處於疑神疑鬼的狀態。
二見秋三郎說得更為露骨：“此乃自暴自棄之作戰。”
阿南惟幾的決訂正中薛岳的下懷。
毫無疑問，如果日軍就此後撤，中國軍隊予以追擊，事後也可以稱之為“大捷”。但是，薛岳知道，與前兩次長沙會戰不一樣，日軍在攻擊中已經顯露出作戰能力的下降；如果日軍繼續南下攻擊長沙城，只要中國軍隊調動合理、部署周密、移動迅速、相互協同，不但完全可以在佈置好的“天爐”裡與日軍拼一下，甚至使自己的軍事生涯再輝煌一次的可能性也是極大的。
十日，薛岳向蔣介石報告了第九戰區將與進攻長沙的日軍決戰的部署。蔣介石回電錶示同意，他提醒薛岳不要讓日軍在攻擊長沙前就與圍殲部隊接觸，也不要過早地使用戰區的預備部隊，一定要讓日軍先攻長沙，等攻不下來受到嚴重消耗後，再命令圍殲部隊出擊。薛岳回電提出了由蔣介石親自下達督促將領忠於職守的文件——大戰將臨，薛岳怕部隊指揮官不上前線和不負責任等老毛病復發：
一、各集團軍總司令、軍長、師長務確實掌握部隊，親往前線指揮，俾能適時捕拿戰機，殲滅敵人。
二、職如戰死，即以羅副長官代行職務，按之計劃圍殲敵人。總司令、軍、師、團、營、連長如戰死，即以副主官或次級資深主官代行職務。
三、各總司令、軍、師、團、營、連長倘有作戰不力貽誤戰機者，即按革命軍連坐法議處，決不姑寬。
薛岳規定一九四二年一月一日夜為總攻開始時間，限定各集團軍在攻擊發起後到達第一攻擊線的最後限期為四日。
“天爐”就要點火熔煉了。
就在中國第九戰區部隊按照作戰部署開始移動的時候，日軍進攻了——“第三師團十二月二十九日傍晚，接到盼望已久的進攻長沙的命令，停止左迂迴，立即在當日二十時命令各部隊'迅速由捷徑，向長沙追擊敵人'後，第一線各部隊在'只有我第一個先到長沙'的口號下，開始踴躍前進。”如果說此時誰還有“踴躍”的情緒，恐怕指的是第三師團師團長豐島房太郎，因為只有他是堅決主張攻占長沙的師團將領。日軍第六師團師團長神田正種接到攻擊長沙的命令時，他的部隊還在與中國軍隊第三十七軍糾纏。神田正種雖然認為攻打長沙是不適宜的，但他絕不想讓第三師團搶了頭功，而阿南惟幾命令他給第三師團作掩護就是對第六師團的侮辱。
日軍第三師團開始急促地向南突進。
豐島房太郎很快就會嚐到“爭功”的惡果。
冬日晴好，積雪融化，長沙城清晰可見。
就薛岳的“天爐”計劃而言，第十軍是否能夠守住長沙，是關鍵所在。如果在合圍部隊抵達預定位置前，長沙作為“爐底”先漏了，薛岳的計劃將全盤泡湯。
第十軍進入長沙前，軍長李玉堂已擬定了防禦計劃：朱岳的第一九〇師固守長沙正北，周慶祥的第三師銜接第一九〇師陣地向東，負責瀏陽門和城外大十字路一線的陣地；方先覺的預備第十師銜接在第三師的右翼，負責防守長沙東南經南門外修械所到湘江邊一線陣地。
三十日，李玉堂軍長發布保衛長沙的作戰命令：
一、預備第十師：佔領半邊山、左家塘、林子衝、黃土嶺、金盆嶺、猴子石、水陸州之線，主力控制於黃土嶺附近，拒止南犯之敵；並派便衣隊於東山附近，預行潛伏，阻擊敵人。
二、第一九〇師：佔領新河正街、復興寺、湖蹟渡、楊家山之線，主力控制於猴子山、湖蹟渡附近，拒止南犯之敵；並派便衣隊（約一連）在楓林港附近，預行潛伏，阻擊敵人。
三、第三師：以主力佔領長沙城垣，以一個團控制於城東南地區，拒止南犯之敵；並派便衣隊（約一連）於安沙、沙坪附近，預行潛伏，阻擊敵人。
四、砲兵第一團第二營（附砲兵第一團之第一營第二連及砲兵第四團第二菅第四連），佔領岳麓山經水陸洲亙長沙市區之既設陣地，以主力協力預備第十師及第三師，一部協力第一九〇師之戰鬥。
五、各級之通信聯絡，須周密準備。務使在戰鬥最慘烈，或被敵軍破壞時，仍能保持通信靈活，並限三十日午前完成之。
一九四二年一月一日，新年的第一天日朗風清。
日軍第三師團以為不需要什麼戰鬥，他們就能在長沙城裡過新年了。 “由於在上次作戰（九月份）中，其他兵團，曾有過不經戰鬥而入城的先例，如今前方又沒有發現敵情，友軍飛機又投下佔領長沙的標誌'日之丸'（太陽旗）的國旗，官兵們以興奮的心情相互致意，今夜要在長沙為元旦舉杯。”砲兵第三聯隊聯隊長宮永蓋世大佐，甚至向步兵第十八聯隊聯隊長石井信大佐提前表示祝賀了——“途中以水筒裡的酒，舉杯慶祝，並互相商議放一發砲彈來祝賀。”
上午十一時左右，日軍第三師團與中國守軍預備第十師的戰鬥正式開始。預備第十師的中國官兵與有飛機和火砲支援的日軍激戰到十六時，阿彌嶺陣地被摧毀，守軍大半陣亡，預備第十師退守半邊山、左家塘一線陣地繼續抵抗。十七時，日軍撲向左家塘陣地，中國守軍二十九團一營包括營長曹建業在內傷亡殆盡，陣地再次丟失。日軍第三師團一部趁機從預備第十師和第一九〇師陣地的接合部穿插而入，繞到了預備第十師陣地的左側後。師長方先覺迅速縮短陣地，將陣地左側放棄，轉而據守金盆嶺、黃土嶺一線陣地。十八時，日軍突破了中國守軍第三師的警戒陣地，滲透到白沙嶺的民房裡，企圖奪取天心閣制高點。在軍長李玉堂的嚴令下，第一九〇師對左家塘實施反擊，收復了這個據點後，派出部隊圍攻白沙嶺民房裡的日軍。
日軍的衝擊輪番不止，防守長沙南門外陣地的三十團團長葛先才，拒絕了方先覺讓他的團撤到城牆上的命令，他認為以攻代守定可挫敵銳氣，即使死了也值得。葛團長對師長說的一番話令人熱血沸騰：
絕對不可後撤。後撤只有南城門一條通道，撤入城內時，在官兵爭先恐後的情況下，部隊一定會自亂，而且敵我咫尺之隔，我一後撤，敵必尾隨跟進，那才是真正危險。我都考慮過了，也準備好了，軍人應有冒險犯難的精神，不計後果決心出擊。我再不向你請示，也不要你增援，你只當三十團死光了。請你報告軍長，說我不習慣挨打，發了蠻性，非出擊不可，破釜沉舟與敵一拼，一切責任自負。師長即刻將南門關閉堵死，城牆上多準備手榴彈，如敵搶攻城門，手榴彈可以殲滅之。只要敵人不能由南門攻入，我預備十師就沒有責任。萬一三十團攻擊頓挫，官兵也不會白死，定能得到其犧牲代價。不是敵死，就是我到黃泉，決計與敵偕亡。
葛先才的三十團官兵在淒厲的軍號聲中向當面日軍猛撲過去，連臨時上陣地送飯的五名炊事兵也跟隨部隊一起衝鋒。長沙南門外的日軍猝不及防，頓時大亂。在岳麓山指揮所裡的薛岳，聽聞葛先才團的勇猛出擊，大加讚賞。當晚，第九戰區得到蔣介石的命令：葛先才團長晉升少將，師長方先覺獲青天白日勳章一枚。
此時，日軍第十一軍的情報部門又一次破譯了薛岳令各集團軍向長沙附近集結並準備圍殲日軍的電報。電報令阿南惟幾萬分焦灼，他必須在中國軍隊的合圍尚未形成之前把長沙拿下來。阿南惟幾急令第三師團加緊對長沙的攻擊。從二日凌晨開始，交戰雙方在長沙東門和南門外地區展開了激烈的爭奪戰和肉搏戰，中國守軍的陣地數次被日軍攻占，但大部分又被反擊收復。戰鬥中，預備第十師二十九團團附陳新喜中校、曾友文少校先後陣亡。二十八團向滲透到白沙嶺民房裡的日軍加藤大隊持續攻擊，素以夜戰聞名的加藤大隊陷入絕望之中。凌晨二時，加藤大隊長被子彈擊穿腹部；緊接著，副官橋本光義和軍曹川口定秀也被打死。中國官兵放火焚燒日軍聚集的民房，百餘名日軍被燒死在火海中。第三師團命令一定要把加藤的屍體奪回來，於是日軍發動了一次又一次的攻擊，但都沒有奏效。 ——日軍堅持奪回加藤屍體的一個重要原因是，他身上有一份第三師團出動以來的作戰計劃和命令，這份文件上還記載有第三師團出發時所攜帶的彈藥數字，這一數字將表明目前的第三師團已嚴重彈藥不足堅持不了多久了。
這份文件已落在薛岳手中。
“雖僅一張薄紙，卻比萬挺機槍還重。”
二日天亮之後，日軍第三師團向金盆嶺、黃土嶺繼續猛攻，在金盆嶺防守的中國軍隊預備第十師二十九團二營與指揮部的聯絡中斷，師長方先覺不得不集中起全師的火砲向金盆嶺陣地實施毀滅性轟擊，二營殘存的官兵在砲火中與衝上來的日軍同歸於盡。下午，日軍在南門受挫後，把攻擊重點移到了東門附近，猛攻第一九〇師防守的四方塘、南元宮等陣地。陣地在殘酷的手榴彈戰和白刃戰中反复易手，但日軍始終沒能實現完全突破。天黑了，蔣介石給死守長沙的第十軍將領打來電報：
限兩小時到。長沙薛長官、李軍長玉堂、周師長慶祥、朱師長岳、方師長先覺，並轉全體官兵均鑑：密。我第十軍官兵，兩日來堅守陣地，奮勇殲敵，致堪嘉慰。此次長沙會戰之成敗，全視我第十軍之能否長期固守長沙，以待友軍圍殲敵人，此種光榮重大任務，全國軍民均矚目於我第十軍之能否完成，亦即我第十軍全體官兵成功成仁之良機。敵人懸軍深入，後方斷絕，同時我主力正向敵人四面圍擊，我第十軍如能抱定與長沙共存亡之決心，必能摧破強敵，獲得無上光榮，望激勵所分部，完成使命，無負本委員長及國人所期為要。中正手啟。
預備第十師師長方先覺注定要一戰成名。
奉命堅守長沙後，薛岳曾問方師長能守幾天，方先覺說他的第一線能守兩天，第二線能守三天，第三線再守兩天，保證一個星期內不讓日軍攻入長沙。預備第十師的軍官們聽了師長的保證都很吃驚，說能守上三天就不錯了。方師長從衣兜里拿出一封信，派人立即送到後方他的家眷那裡去。
這是一封遺書：
蘊華吾妻：我軍此次奉命固守長沙，任務重大。長沙存亡，關係抗戰全局的成敗，我決心以死殉國。設若戰死，你和五子的生活，政府自有照顧。務令五子皆能大學畢業，好好做人，繼我遺志，報效黨國，則我含笑九泉矣！希吾妻勿悲。夫，子珊。
方先覺的遺書次日被刊登在《長沙日報》上。
長沙市民有讀後大哭不止者。
方師長頒布了嚴格的軍令：連重傷員在內，誰也不准後退，執法隊可對擅自脫離戰場者立即開槍；軍官更是不得離開陣地，擅自離開者就地槍決。方師長執行軍令絕對不含糊：二十八團有名營長在戰鬥激烈時出現在了師部，說是來向師長請示作戰的，方先覺看了他一眼讓他到門外等著，然後命令副師長將這名營長推到城牆下槍斃了。
經過兩天的激戰，日軍第三師團精疲力竭，傷亡慘重，由於後方交通被切斷，補充困難，彈藥即將告罄。
此時，中國軍隊第四軍已經到達株洲。
第十九、第二十七、第三十集團軍按照薛岳的部署正向長沙合圍而