当时，雪越下越大，气温也越来越低，而守军许多士兵连棉裤都没有，有的竟被冻死在战壕内。但活着的士兵，仍坚守阵地，没有贪生怕死之辈。
守卫傅家桥据点的第20军第398团第2营营长王超奎少校及其部属，面对日军猛烈的炮火，毫不畏惧，打退了日军一次次的冲锋。后王超奎为掩护部属突围，在与日军肉搏中不幸殉国。
守卫洪桥据点的第398团第3营一部，在副营长、连长相继阵亡的情况下，仍坚守阵地。
第397团全团官兵在黄沙街硬是顶住了日军第6师团整个师团的进攻，并迫使其绕道而行。
激战至27日晚，第20军完成了阻敌任务，薛岳令第27集团军全线撤退。随后，第20军向梅仙、平江方面转进，隐蔽休整，随时骚扰日军后方，待机袭击其侧翼；第58军向汨罗江东南部转移，靠近向家、金井，准备切断进攻长沙的日军的后路。
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第9战区全力迎战（1）
日军侵入上饶。
当日军此番大举南下，再次逐渐逼近长沙时，薛岳也做好了全面迎敌的准备。
为了就近指挥和督促各部作战，12月30日，薛岳将他的战时指挥所从长沙的二里牌，搬迁到濒临前线的岳麓山上。
在此之前，他把省政府机关及所属各厅局迁到了茶陵；把第9战区司令部，迁到了耒阳；把他的夫人和孩子也都送到了后方。他只身带着一些作战参谋人员及必要的保卫人员，留在长沙。
此时，汨罗江以南的第37军、第99军仍在顽强抗击着当面的日军第40、第6师团及第3师团。薛岳见南犯的日军已全部进入了“炉膛”，这才命令该两军按照原定计划，让开中间，撤向两厢，养精蓄锐，待机反攻。入夜后，第37军军长陈沛率部由浯口以南向东面的社港地区后撤；第99军则在军长傅仲芳的一声令下，从归义退向湘江沿岸的营田与湘阴一线。而留在敌后的杨森则令所部袭击了驻新墙东南长胡镇的日军辎重兵第40联队，使其伤亡惨重，联队长森川启宇中佐也被击毙。
是日，蒋介石根据连日来的战场情况已判断出日军有沿粤汉线逐步推进、攻占长沙之企图。他担心第9战区二线部队被迫投入战斗而影响日后的决战，遂给薛岳发了一封电报：
“一、敌似有沿铁道线逐步推进攻占长沙之企图。二、该战区在长沙附近决战时，为防敌以一部向长沙牵制，先以主力强迫我第二线兵团决战，然后围攻长沙，我应以第二线兵团距离于战场较远地区，保持外线有利态势，以确保机动之自由，使敌先攻长沙，乘其攻击顿挫，同时集举各方全力，一举向敌围击，以主动地位把握为要。”
蒋介石的意见与薛岳的想法不谋而合。为鼓舞士气，坚定歼敌决心，薛岳于当天下午13时又以“卅午忠电”训令各部：
第三次长沙会战，关系国家存亡，国际局势之巨。本会战职有必死决心，必胜信念。为捕拿战机，歼灭敌人，获得伟大战果计，经规定下列三事，分电各部遵办：（1）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。（2）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。（3）各总司令、军、师、团、营、连长倘有作战不力，遗（贻）误战机者，即按革命军连坐法议处，决不姑宽。
他将此意分电各部的同时，又致电报给蒋介石。蒋介石于1月4日复电：
“卅午忠电悉。兄能具此决心，督励所部，良堪欣慰。当此友邦并肩作战之际，甚盼此次会战能获得决定之胜利，以为我国革命军人争得无上之光荣也。”
30日晚上，薛岳正式下令，准备围歼向长沙进犯之日军：
（一）战区决定以各兵团向长沙外围之敌军，攻击聚歼之。
（二）杨森指挥第58军，由长乐街向安沙；第20军由清江口经福临铺向石子铺，索敌攻击。攻击到达线第一次为三多桥、安沙；第二次为傅家冲、周婆塘之线。
（三）王陵基指挥第37军（缺第140师）由瓮江向望仙桥；第78军由三角塘、更鼓台向长桥，索敌攻击。攻击到达线第一次为春华山、东林寺；第二次为大湾港、长桥之线。
（四）罗卓英指挥第26军主力，由洞阳市向朗梨市；一部由江花桥经永安市，协助军主力索敌攻击。第79军（附第194师）主力由金潭向黄花市以南，一部由渡头向柞山桥索敌攻击。攻击到达线第一次为东林寺、柞山桥、大圫铺之线；第二次为朗梨市、东山、金盆岭之线。
（五）第10军固守长沙及水陆洲，第73军固守岳麓山，俟各兵团到达第二线攻击到达线时即断行反攻。
（六）第99军（附第140师）以第197师固守湘江西岸洞庭湖南岸原防；第92师由三姐桥经桥头驿、第140师由栗桥经官桥，向捞刀河之敌攻击，攻击到达线第一次为桥头驿、官桥之线；第二次为捞刀河市附近。第99师固守双狮洞、湘阴、营田，并以一部由明月山、双狮洞向栗桥、福临铺侧击敌军，截断敌补给线。
12月31日，薛岳得到报告：日军主力已分别到达长沙外围附近，第40师团一部到达长沙以东的永安市附近，主力在上杉市以南地区；第6师团一部到达朗梨市附近，主力在麻林市以南地区；第3师一部到达石子铺附近，主力在唐田庙附近。第二线兵团的日军独立混成第9旅团、外园支队、泽支队、野口支队分别到达汨水以北地区，向南继续前进。
于是，薛岳下达了总攻命令：“各部从1942年元月1日子夜开始攻击，限元月4日晚到达第一次攻击到达线。”
一场大规模的围歼战即将展开。
在长沙决战打响之前，薛岳和李玉堂对长沙防守事宜进行了最后的部署。
薛岳根据岳麓山对长沙的瞰制作用，将战区直属独立炮兵旅配置到岳麓山，以支援长沙城守军的作战。他令李玉堂以1个营的兵力在湘江西岸和岳麓山占领阵地，掩护炮兵，主力守备在长沙市区和郊区，重点放在长沙市区的制高点天心阁附近。他还令第10军的两个炮兵团，先以一部放在第一线阵地后方，支援警戒部队和第一线守备部队作战，尔后根据情况再全部撤到岳麓山，加强岳麓山的炮兵火力，以形成对天心阁方面和长沙东南地区日军的毁灭性火力打击。
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第9战区全力迎战（2）
按照第9战区原先的部署，第10军以第190师防守长沙外围各据点，以第3师防守市内各要点，预备第10师在岳麓山一带驻防。12月30日，第10军调动部署，令第190师防守长沙北门浏阳河至兴汉门一线，第3师防守长沙东门天心阁至小吴门一线，预备第10师调到长沙城南，负责防守南门猴子石至天心阁一线。岳麓山一带则由赶来增援的第73军防守。军指挥所设在南门外湘江边上紧靠前线的灵官渡。
其3个师的具体部署是：
朱岳第190师的师指挥所设在市北经武门内，第568团驻守湘雅医院至南华女校的城东铁路沿线地区；第569团驻守湘雅医院至湘江岸边一线阵地；第570团驻守城北铁路以东杜家山、陈家山一线阵地，一部位于南华女校，以增强浏阳门以北的防守兵力。
周庆祥第3师的师指挥所设在城内中部的八角亭，第7团负责守卫浏阳门以南防线；第8团负责守卫浏阳门以北防线；第9团协助预备第10师驻守妙高峰、老龙街、严家岭一线，暂归预备第10师指挥。
方先觉预备第10师的师指挥所设在南门内的南正街，第29团配置在阿弥岭、雨花亭、金盆岭至猴子石第一线阵地；第28团配置在黄土岭、白沙岭、东瓜山及修械所一线；第30团配置在天心阁、妙高峰地区。
1月1日凌晨，在长沙保卫战正式打响之前，李玉堂又下令，除留下一两只机动小艇供联络用外，湘江内的一切军用和民用船只，全部都撤往水陆洲和湘江西岸。
李玉堂此次是破釜沉舟，真的要与长沙共存亡了。
1942年1月1日晨，日军第3师团渡过浏阳河，从东南方逼近了长沙守军的前沿阵地。
11时，丰岛房太郎师团长正式下达了进攻长沙的命令。其进攻部署是：由石井信率第18联队进攻长沙城东南角的东门至南门一带，由的野宪三郎率第68联队进攻南门外的市街与南门至湘江东岸地区。
中午12时，当一颗巨大的黑色信号弹刚刚从长沙市东侧东山镇李家冲山地日军第3师团指挥所的附近升起时，猛烈的攻城战就开始了。
日军第3师团野战炮兵第3联队首先向预备第10师的阵地开始猛烈轰击。炮声未停，石井信与的野宪三郎便各率所部，“叽哩哇啦”地呼喊着、嚎叫着，向狮子岭、金盆岭一带守军最前沿的阵地发起猛烈的冲锋。
这时，代表阿南惟畿前来慰问前线各作战部队的日军第11军参谋长木下勇乘坐的飞机出现在长沙上空。与木下勇同行的还有日本的一群随军记者。
当木下勇透过机窗看到第3师团的部队正向长沙东南郊区突进时，立即命令机上人员空投下由他带来的各种慰问信和慰问物品。记者们则不停地按动手中相机的快门，拍摄战场的情况以及长沙市区、湘江、岳麓山、浏阳河、捞刀河等地的军事地形照片。日军飞机在长沙上空兜了一圈后，又飞走了。
地面上，双方激战正酣。
日军第3师团第18联队在攻下预备第10师第29团防守的阿弥岭阵地后，又跟踪追击第29团至罗家冲、候家塘。此时，预备第10师第28团接战。日军另一路突破石马辅、雨花亭进至黄土岭、金盆岭一线。第28团在岳麓山重炮的支援下，在候家塘、黄土岭、东瓜山、修械所与日军反复拼杀，连伙夫、马夫也上阵御敌，击退日军10余次冲锋。
驻守南门外左家塘据点的预备第10师第29团曹健生营的全体官兵，从中午直到薄暮，顶着日机的疯狂轰炸和扫射，打退了日军一次又一次冲锋。营长曹健生负伤后，仍坚持指挥作战。最后，全营官兵全部战死，壮烈殉国。
到傍晚时分，日军仍未能完全突破预备第10师的第一线阵地，双方处于胶着状态。
一心想要在长沙过元旦之夜的丰岛房太郎，于18时30分急令师团直辖的加藤大队投入战斗。
这个大队素以擅长夜战而闻名，可以说是第3师团的一张“王牌”。
丰岛房太郎本以为靠着这张“王牌”偷偷潜入长沙，到时再来个里应外合，就可以攻进长沙。但他没想到，他的这支奇兵在冲到守军第二线阵地时就被缠住了。战斗至次日凌晨2时左右，加藤大队长带领三名副官，偷偷地穿过城外的房屋，越过守军兵营，欲潜入市内。岂知，当他们刚摸进守军的步哨线，加藤大队长就被隐藏在屋檐下的一名守军士兵射出的子弹击中了小腹。后虽拼死挣扎，但终究命归西天。另外三人中也有两人被击毙，只一人逃出。该大队为了夺回加藤的尸体，曾“反复进行了