傅仲芳軍總是插進日軍的退路，打了豐島師團又打神田師團，接著又打了平野支隊和荒木支隊，迫使日軍整整三個師團繞道而行。在阻擊中，他們還擊落日軍飛機一架。
10月9日，湖南北部的日軍全部向北渡過新牆河，回到原防，恢複會戰前的陣地。精疲力盡的中國軍隊也無力再作攻擊。
於是，第二次中日長沙會戰降下帷幕。
陳誠全力以赴攻打宜昌，是為了薛嶽，也是為了自己。
第二次長沙會戰打得正火熱的時候，中日雙方的軍隊，為了策應湘北主戰場的勝利，都在周圍地區發起了攻勢。
日軍在兩個方麵發起了攻勢，其一是大賀茂第三十四師團在湖北南部和江西北部第九戰區的左翼發起進攻，意在牽製第九戰區四個軍的行動。其二是原田雄吉第三十五師團於10月2日向鄭州發動攻擊，與衛立煌第一戰區孫桐萱第三集團軍發生激戰，經過三天戰鬥，原田師團於10月6日攻陷鄭州。
中國軍隊計劃在三個方麵發起攻勢，9月20日，軍事委員會向第九戰區、第三戰區、第五戰區和第六戰區下達命令：
為使九戰區作戰容易，第三、六、五戰區應各以有力一部出擊，策應九戰區作戰。
軍事委員會給各戰區規定的具體任務是：
第三戰區向當麵日軍發動全麵遊擊，以一部佯攻南昌；
第五戰區向日軍發動全麵遊擊，相機襲擊據點；
第六戰區向荊門、宜昌之敵積極襲擾，相機收複宜昌，威脅敵第十一軍。
第三戰區司令長官顧祝同接到命令後，命令部隊進行了一些騷擾性的戰鬥，收效不大。
第五戰區司令長官李宗仁接到策應第九戰區作戰的命令後，於9月27日以湯恩伯指揮的左集團軍，向津浦鐵路和隴海鐵路發動正麵遊擊，破壞並斷絕日軍南北交通線。大別山兵團從10月1日至10日向豫鄂區及巢北區發動進攻，爭奪羅山城和合肥的外圍據點。
第六戰區司令長官陳誠於9月22日接到收複宜昌的命令，卻是真想大幹一場。他發誓要把宜昌奪回來，發誓要一雪一年前丟失宜昌的兵敗之恥。
陳誠當天就召集幕僚們商量進攻方略。他首先談了自己的設想：抽調十四個師的兵力發動進攻，先在長江北岸發動攻擊，把日軍澄田睞四郎第三十九師團調向南邊，同時請軍委會將第五戰區的馮治安第三十三集團軍撥給他指揮，用馮治安集團軍攻擊荊門和當陽，切斷澄田師團的退路，使它無法回援宜昌，這時再圍攻宜昌。這樣，宜昌城內隻有內山英太郎第十三師團欠早淵支隊，總共一萬六千名日軍，中國軍隊的十幾個師，在兵力和裝備上都占有絕對的優勢。
陳誠的這個作戰方案非常實在，沒有多大的風險，得到幕僚們一致的讚同。陳誠當天就將方案上報了軍事委員會。
9月23日，軍事委員會同意陳誠的電報請示，將馮治安集團軍劃歸第六戰區指揮。
陳誠馬上調兵遣將。令他感到焦慮的是，參戰的各支部隊距離宜昌較遠，最遠的要走五到七天才能趕到。於是陳誠一再催促各部加快行動。
幕僚們理解陳誠的苦衷，有人建議以先到的部隊發起攻擊，後到的部隊陸續抵達以後，馬上投入攻擊。陳誠不同意這麼辦。他認為，必須集中優勢的兵力，才能一舉攻下宜昌，消滅內山師團。這樣作戰，才有十足的把握達到目的。
9月28日，一些部隊到達攻擊位置。李及蘭第九十四軍、李延年第二軍和宋肯堂第三十二軍等部隊分別發起攻擊。日軍在堅固的工事裏頑強抵抗，攻擊部隊進展緩慢。各部浴血苦戰，步步為營，總算推進了一些。
10月1日，宜昌城外的日軍開始向城內退卻，陳誠命令各部隊對宜昌城實行包圍。這時候。日軍大部隊開始從湘北撤退，圍攻宜昌的中國軍隊仍然沒有到齊，總攻擊遲遲未能發動。
10月2日，蔣介石給陳誠發來電報：
湘北日軍已開始回撤，令你不惜一切犧牲，務於三日內攻克宜昌。
陳誠知道，如果他還要等待兵力到齊，再不發起總攻擊，恐怕就沒有機會了。陳誠決定於10月6日淩晨4點發起總攻。他命令吳奇偉的長江江防軍為攻克宜昌的主力部隊，限於10月7日以前攻克宜昌。
10月4日中午12點，對宜昌的包圍圈最終合攏。
同一天，陳誠發電報向蔣介石請示，要求將克複宜昌的日期推延到10月8日。蔣介石同意了他的請求，同時告訴他：湘北日軍撤退迅速，如果不能在8日克複宜昌，將會前功盡棄。
這時，從荊門趕來增援的日軍澄田師團，已被李延年軍牢牢地擋在圈外。圍攻宜昌的十多萬大軍，趕在總攻之前掃除各種障礙。
一支支小股部隊匍匐前出，清掃城外工事，爆破地障和鐵絲網。炮兵部隊在一炮一炮地修正射擊偏差。士兵們扛著彈藥箱和各類器材疾走如飛。電話兵扯著電線跑來跑去。步兵們坐成幾列，士兵們把槍靠在肩頭抽煙或談笑，在等待出擊的命令。搶修工事的士兵們則舞鍬弄鎬，汗流浹背。滿載物資的汽車鳴著喇叭，在顯得狹窄的空間裏久久回蕩。江邊一排排木船被征用。攻擊部隊身後是幾處由一座座帳篷搭起的傷員救護點，紅十字旗下有文質彬彬的軍醫官的身影在晃動……
這一切，同稀落的槍炮聲和嘈雜的人聲、車聲、江水拍岸聲混合在一起，交織成一幅大戰在即的有聲動態圖畫。
陳誠命令：“江防軍第二軍以第九師於10月5日晚上全部鑽隙突入宜昌，將飛機場焚毀破壞，奪取宜昌。”
命令剛一下達，他又補充道：“如遇市區日軍利用房屋頑抗時，即行縱火焚燒。”
擔任主攻的第九師當即就從正麵向宜昌的日軍發起猛烈攻擊，重創了日軍，卻未能攻破城池。
第二天晚上，中國攻擊部隊利用日軍防守的間隙滲入宜昌的東北，再次發動猛攻，但激戰兩天，仍然未能突入宜昌市區。
駐守宜昌的日軍第十三師團，師團長內山英太郎完全沒有料到會遭受中國軍隊如此大規模的攻擊。這時候，澄田師團已被中國軍隊分隔包圍，人人自危，而大部隊遠在湖南北部的戰場。宜昌城的四周不斷地響起劇烈的炮彈爆炸聲，內山英太郎這時強烈地感覺到孤立無援，陷入絕望，這種感覺是他軍伍生涯中絕無僅有的。
中國軍隊的攻擊越來越猛烈，守城日軍的數量在不斷減少，地 盤也越來越小，而擔任攻擊的中國敢死隊似乎沒有窮盡。
以攻堅而著稱的日軍精銳第十三師團，此刻把宜昌城當成了真正的活棺材。
10月8日，日軍的抵抗眼看就要崩潰。但是，攻城部隊仍在城外。陳誠再次向蔣介石請示，要求將克複宜昌的日期再後推到“雙十節”那一天。他沒有得到蔣介石的答複。
這天清晨，李及蘭軍所屬的一支部隊乘船由西岸駛出，從上遊繞過葛洲壩，在黃草壩北端登陸，上岸後沿大壩向南，擺開在與宜昌城相隔一華裏寬的長江分水道的江岸。上午，這個新設置的陣地有效地控製了宜昌城郊日軍陣地，一顆顆迫擊炮彈隔江飛到城郊日軍陣地，輕重機槍打得日軍不敢抬頭。與此同時，宋肯堂軍第九師和傅仲芳軍一部也向市內壓縮，包圍圈逐漸縮小。
也是在這一天，內山英太郎獲悉阿南惟畿從湖南北部前線返回了漢口。當晚，他命令第三師飛行團團長遠藤飛往漢口，向阿南報告宜昌日軍的情況。
內山感到宜昌失守在即，覺得這一次和遠藤分手，很有可能就是永別。他竟然趕到機場和遠藤告別，兩人在機艙口還用力地擁抱了一下。內山說道：“你走吧，一定要轉告阿南將軍，宜昌已被華軍十幾個師包圍得水泄不通，華軍攻擊十分猛烈，我軍已盡力抵抗，但也隻能再堅持兩三天，如果援軍不到，就可能……”
說到這裏，內山英太郎覺得心裏湧出一陣傷感，但他馬上意識到這種情緒是與武士道精神背道而馳的，立刻打起精神說：“你就說，請阿南司令官放心，我已決定率全師團與宜昌城共存亡！”
飛機升空之後，內山仍未離去，還在跑道仰頭凝望。
遠藤到達漢口以後，一刻沒有停留，馬上向阿南報告了宜昌日軍可能全軍覆沒的事實。其實，阿南惟畿比任何人都清楚地知道內山師團已經危在旦夕，遠藤的報告，不過是讓他再一次聽到了不願聽到的消息。他皺皺眉頭，無言地癱坐在椅子上。
這一次長沙會戰，對於日軍而言，勝負難作定論。部隊已經深入到長沙，卻為了避免遭到圍殲，不得不匆匆後撤，兵力和物資都遭到很大損失。不過，這也就是虎頭蛇尾而已。但是如果因此而丟了宜昌，那他阿南就必定是個失敗者無疑了。一個初次指揮大部隊作戰的將軍，就犯下如此重大的過失，其前程也就可想而知了。
想到這裏，他連忙向木下勇發出指令，叫他再次給豐島師團、北野師團、早淵支隊和荒木支隊發出急電，命令他們火速趕赴宜昌解危。
10月9日，對於中日軍隊雙方來說，都是非常嚴峻的一天。日軍脫離湖南北部戰場，阿南抽調各師團精兵，組成一支快速部隊，星夜趕往宜昌。陳誠的第六戰區部隊離攻克宜昌，也隻差一步之遙。
城內日軍傷亡慘重，野戰醫院連操場上都躺滿了傷兵，呻吟聲此起彼伏。內山召集司令部內的勤雜兵員、衛生兵、夥食兵、軍械維修人員和已經送往醫院的傷員中還能拿槍射擊的人，給每人發槍發彈。正在集合時，內山的耳畔傳來一聲悅耳的小號。這個不看時候還在練習演奏的軍樂隊員提醒了內山，他忙下令將第十一軍軍樂隊二十多人也編入這支共計三百八十八人的特殊隊伍。
這支隊伍將倉庫內的幾百袋大米搬到師團司令部外圍壘成工事。內山對參謀長秋永力說：“還是不要相信有什麼奇跡會發生吧！”
城外，陳誠得知湘北日軍主力已向宜昌火速推進，心口感到一股巨大的衝擊力，內心十分焦躁。克複宜昌的日期，已經一推再推，現在已經到了可能前功盡棄的時候。但是，他無法指責部隊作戰不力，因為在這幾天的攻擊戰中，各部隊都表現得十分頑強勇猛，而且每天都取得了進展。關鍵在於時間緊迫，日軍的援兵來得太快了。
這一天，陳誠再次嚴令各部：“著令各部行果敢之攻擊，到11日晚，務期獲得預定戰果！”
陳誠自作主張，將戰鬥結束的時間向後推了一天，因為軍事委員會的規定是：第五戰區和第六戰區應在10月10日停止戰鬥。陳誠估計阿南派來的援軍在11日前還到不了宜昌，他要利用最後兩天的時間來完成克複宜昌這一神聖的使命。
10月10日淩晨兩點半，第六戰區再次發起總攻。攻城的部隊除了從10月6日就投入全部力量的第九師以外，還有新編第三十三師和第七十六師。投入作戰的火炮共計一百四十門，以一百四十為計算單位的炮彈從各個方向砸向日軍陣地的各個角落，直到炮兵們借著爆炸的閃光再也看不見完整的可供射擊的目標。
三個師的步兵們叫喊著，洪水般地湧入城區，躲在暗處的日軍機槍鼓蕩起狂風，將一批又一批中國官兵吹倒，緊跟著又有同樣多甚至更多的中國官兵湧了上來。城區邊緣，屍體密鋪幾層，早已分不清戰死的是哪國的官兵。
激戰到淩晨3點，第九師的三個突擊營終於攻入了宜昌城，中日軍隊在城內展開肉搏戰。膠著的激戰，為中國軍隊破城提供了契機。
但是一到天亮，形勢就發生了突變。當血紅的朝陽升起時，二十架日軍飛機來到宜昌上空，向中日官兵混戰的地區扔下無數炸彈和毒氣彈。敵對雙方的官兵都被炸得血肉橫飛，僥幸沒炸死的，也在毒氣中窒息而死。日軍連自己的人也炸，說明已經到了瘋狂的地步。
在這種情況下，中國軍隊的三個突擊營傷亡殆盡，殘部隻好退出城外。
陳誠得到消息，和吳奇偉親臨前線督戰，調兵遣將，加強對宜昌的圍攻。猛烈的攻勢再度出現在宜昌城的四周，槍炮聲、呐喊聲響徹上空。
這時，內山英太郎已經完全絕望，他得到報告說，戰死和重傷的官兵各在五千人左右。援兵雖已遙遙可望，但卻救不了他的眼前。在十天來中國軍隊的攻勢之下，他的部隊已經傷亡大半，剩下的官兵也已精疲力竭。他此刻既無力防守，更沒有反擊的奢望了。
8點鍾，內山換上一套幹淨的軍服，來到司令部樓房的底層，參謀長秋永力和另外八名部屬正在等著他。
秋永力將他起草的致第十一軍司令官阿南惟畿的訣別電報念了一遍：
尊敬的阿南將軍：
孤城宜昌已經山窮水盡，永別在即。作為帝國軍人，生不能效忠天皇陛下，死當佑護我皇軍神靈。
就此訣別。望將軍珍重。
內山英太郎及第十三師團全體官佐
內山看也不看，提筆簽上自己的名字。這份電報交給了譯電班長譯成了密碼，將在城破的時候發出。
接著，內山指揮部屬燒毀重要文件，然後緩慢地走向軍旗，低著頭卸去旗杆，親手點上火，看著這麵由兼任海陸空三軍大元帥的天皇陛下在該師團出征之前親自授予師團長的軍旗，在火焰中化成灰燼。
內山英太郎再次巡視在場的部屬和幕僚，默默地轉身向東，“咚”的一聲雙膝跪地。
他及他的部屬的精神已經崩潰，，此刻已毫無抵抗的意誌。
內山要一直跪著遙向東瀛，直到中國軍隊攻破城防，他與他的部屬便在為各自指定的位置，以破腹結束自己的生命。
然而內山命不該絕。
上午10點，從荊門向宜昌增援的日軍澄田第三十九師團，在阿南惟畿的嚴令下，再次向李延年第二軍發起猛攻。其中一個聯隊用毒氣彈攻破一段陣地，突過防線，衝到宜昌城外。陳誠親自指揮李延年軍的部隊和攻城部隊一部夾擊這股日軍，將他們擊退。
下午兩點，日軍在宜昌的城防各方向中，隻有東山寺一線未被突破。中國軍隊衝入城區，與日軍展開激烈巷戰，逐漸壓向市中心師團部核心陣地。
下午4點，從湘北趕來的日軍快速部隊兩千多人到達宜昌東北，立即投入解圍戰鬥。陳誠將預備隊調上去抵擋，雙方膠著於城外六公裏處。黃昏時，一線攻擊分隊傷亡過大，陳誠下令各部隊調整補充，天黑後發起最後強攻。
晚上7點，幾乎是與陳誠下達攻擊命令的同時，突然狂風大作，緊跟著下起暴雨。10月天氣當地一般不該有這麼猛烈的暴雨，中日軍隊雙方都感到奇怪。中國軍隊冒雨攻擊，進展緩慢。從湖南北部趕來的一萬多名日軍到達城外，冒雨夜戰兩個多小時，突入城區，與內山師團殘部會合。
內山和他的部屬們保住了性命。
蔣介石於當天晚上11點下令：停止攻擊宜昌的作戰，各部隊退回原防地。
這場雨一直下到11日午後。宜昌城內，滿街的屍首被雨水浸泡著，水流變成了褐色的血水，積留在街上，深達兩尺。血水流進長江的時候，江水也變了顏色！
大雨滂沱，陳誠坐在搖搖晃晃的吉普車裏，隨部隊向南撤去。他不時回頭望著宜昌方向，強烈的失落感密布在他的心頭。
中國的宣傳機器把第二次長沙會戰渲染成第二次湘北大捷。
第二次長沙會戰結束以後，蔣介石和薛嶽的心情都不輕鬆。無論從哪方麵看，這次會戰的結果，都無法用“勝利”二字來概括。尤其是，連李玉堂和王耀武統領的兩個王牌軍，都遭受了沉重的打擊，說是慘敗也不過分。但是，在宣傳上不可能實話實說，因為民眾的心理和軍隊的士氣需要勝利來支撐。
對於宣傳的口徑，薛嶽無法定奪，一切都在蔣介石的把握之中。
10月9日深夜，蔣介石接到軍事委員會政治部的電話，請示是否要在“雙十節”的宣傳口號中加入慶祝湘北勝利的內容。蔣介石心裏惱恨著第九戰區的將軍們打了一場窩囊的會戰，但嘴裏麵卻發出了一定要結合“雙十節”大力宣傳“第二次湘北大捷”的指示。
於是，國民政府的宣傳機器將理想中的輝煌戰果，呈現在國人的麵前。大功率的重慶廣播電台，在“雙十節”這一天，播出了“第二次長沙大捷”的捷報。
全國各大報刊都在顯要的位置報道了戰況。
一向沉穩的國民政府行政院院長孫科對香港記者發表談話：
中國軍隊在湘北之勝利，奠定對日軍反攻及收複漢口廣州之大道。嶽州長沙之區域，可供機械化部隊作戰，日軍若不能進取長沙，則更無希望可以深入內地險峻山區。
中國軍隊已取得主動地位，並預計在六個月內將有驚人之軍事發展。
孫科在說這些的時候，臉上充滿了自信和神秘，埋頭記錄的香港記者不自禁地抬頭看著孫科，似乎想從這位中華民國締造者的兒子漂亮的鏡片後麵頓悟些什麼，但孫科繼續說：
美國租借法案所供給中國之接濟物品，刻正源源而來，將可協助中國軍隊早日實行總反攻。日軍進犯長沙不逞，狼狽敗竄，不特給予國際人士以一極壞之印象，且足以影響日本國內民眾之精神。其實日軍此次進犯長沙，不過欲向英美等國示威，但結果則徒揭示日軍力量之孱弱。
“雙十節”那一天，在重慶的紀念會場和主要街道，慶祝勝利和紀念國慶的大字標語數量基本相等，而機關和學校的遊行隊伍中，慶祝勝利的標語和小旗，在數量上超過了慶祝國慶的標語和小旗。
在桂林，各界舉行的慶祝國慶暨慶祝“第二次湘北大捷”的群眾集會上，軍事委員會副參謀總長白崇禧上將在致辭中說：
今天在此舉行慶祝，盼國人飲水思源，毋忘革命先烈犧牲熱血頭顱，創建民國及捍衛疆土之偉業。三十年前，國父領導革命，推翻滿清，民國十五年，蔣委員長完成北伐，今又領導全國完成民族革命，所有功績，均可不朽。目前國際形勢於我有利，且湘北二次大捷為我轉敗為勝之樞紐。盼各人仍負起抗戰艱巨責任，努力排除困難，始不負今日慶祝之意義。
宣傳機器掀起了祝捷的高潮，和第一次長沙會戰結束時一樣，賀電賀信又如雪片般飄向長沙，飄向第九戰區司令長官部。
但是，10月12日，東京的日本國家廣播電台和日軍在中國占領區各地的廣播電台，同時發布了皇軍在長沙以北殲滅重慶政府軍五個作戰軍主力共十多萬人的消息。日本各地和日軍在中國的占領區中的幾個大城市，也舉行了隆重的慶祝活動。裕仁傳下聖諭，嘉獎參加此次作戰的皇軍官兵。