當兒童們天真活潑地嬉遊於天心公園時，一場災難正向古城長沙撲來，天心閣也毀之一旦。1938年11月11日，日本侵略軍攻陷嶽陽。湖南省政府主席張治中收到蔣介石發來的電報：“長沙如失陷，務將全城焚毀。”長沙警備司令部奉命製定放火焚毀長沙的計劃，並預定以天心閣舉火為號。12日深夜、13日淩晨，南門某處突然起火，放火隊員誤以為信號，便四處點火，一場曠世大火驟然而起。天心閣也付之一炬，化為一堆廢墟。因為12日的電報代碼為“文”，史稱“文夕大火”。16日清晨，趕到長沙的國民政府政治部部長陳誠和副部長周恩來隨蔣介石登上天心閣廢墟，憑高遠眺，隻見整個長沙一片焦土瓦礫，甚感惋惜。隨即，周恩來召集政治部三廳人員一百餘人在天心閣前集會，布置救災工作。周恩來發表講話，提出“懲辦肇事禍首，積極救濟災民。”同時又指出“這一切都是日本帝國主義對我國瘋狂侵略所引起的，要把仇恨記在日本帝國主義身上，振作精神，重建家園。”
“文夕大火”並沒有阻止日軍向長沙的進攻。年9月至1941年12月，日軍3次大舉進犯長沙。中國軍隊奮力抵抗。史稱“長沙會戰”。3次會戰，日軍均從長沙敗退。長沙成為堅持抗戰達5年之久的英雄城市。
1939年9月1日，日本第十一軍司令官岡村寧次調集4個師團、艦艇300餘艘、飛機100多架，共10萬兵力，從贛北、鄂南、湘北大舉進犯長沙，企圖消滅中國第九戰區的主力，挫敗中國政府的抗戰意誌。中國第九戰區司令長官薛嶽統率戰區所屬部隊18個軍共30萬人迎戰。早在大戰到來之前，薛嶽已根據長沙至嶽陽的地理形勢和雙方力量的對比，製定了“誘敵深入，後退決戰”的方針。日軍深入長沙，既沒有捕殺到我軍主力，又缺乏後續部隊的增援，形勢十分不利，隻得下令撤退。10月1日，日軍各部紛紛掉頭北撤。薛嶽立即嚴令各部全力追擊，沿途民眾紛紛出動打擊日軍，中國空軍也從成都機場起飛轟炸武漢日軍機場。10月7日，狼狽不堪的日軍退回到新牆河北岸。至此，第一次長沙會戰結束。時稱“第一次湘北大捷”
由於天心閣占踞長沙城內製高點，3次會戰中都成為我軍重點部防的主要陣地。特別是第二次會戰時，日軍曾於1941年9月27日晚攻入長沙，天心閣陣地直接麵臨敵軍的強攻。日軍占領長沙後，我軍各部重整旗鼓，由各個方麵向長沙迅速集結，中國第六、第七戰區的增援部隊也趕到長沙，與日軍在長沙外圍和市區內展開了激烈戰鬥。在“文夕大火”後的殘垣斷壁下，中國軍隊與日軍進行著逐街逐巷的爭奪。據守天心閣的官兵抱定與長沙共存亡的決心，誓死一拚，最終擊退敵軍進攻。由於敵軍始終未能占領長沙城製高點，加之我軍各部重振旗鼓，向長沙迅速集結，占領長沙僅3天的日軍被迫撤退。薛嶽命令各部乘勢追擊，先後在汨羅江、瀏陽河兩岸予敵大量殺傷。10月9日，日軍又一次全部退回新牆河北岸，恢複到戰前狀態。日軍迫使我方屈服和消滅我軍主力的目的仍然沒有達到，其近衛內閣也因此而被迫下台。
1941年12月8日，日軍偷襲珍珠港，發動了太平洋戰爭，隨即又在東南亞地區向英國和美國的軍隊展開了凶猛的進攻。日軍為了打通在長沙受阻4年之久的粵漢交通線，出動12萬兵力，發動了第三次對長沙的進攻。12月24日，日軍分數路強渡新牆河，急速南進。我軍節節抵抗，誘敵深入。1942年元旦，日軍開始攻打長沙城。我第十軍軍長李玉堂奉令率領全軍守衛長沙。李玉堂與全軍將士抱定與長沙共存亡的決心，拚死抵抗，與敵血戰4天4夜，艱苦卓絕，以少勝多，經曆了長沙大火的天心閣古城牆頭，我軍居高臨下，奮勇殺敵；古城牆下我軍迂回運動，調度自如。戰地記者徐斌1943年著《長沙紀實》這樣描述第三次長沙會戰時天心閣的戰鬥場麵: