神田正種指揮的中路日軍，攻勢十分猛烈，守軍抵抗也十分頑強。第三九八團第二營營長王超奎少校率部據守傅家橋據點，與日軍激烈爭奪，幾經反複，仍然保住了陣地。日軍久攻不下，便用猛烈的炮火攻擊。王超奎營打到隻剩下十名官兵，仍然不肯撤退。最後，王超奎和他的十名官兵，被日軍的炮火埋葬在據點裏。
第三九八團第三營呂湘濱副營長率領一個連據守洪橋據點，打到呂湘濱和連長戴崇謙中彈陣亡，殘部仍然拚死抵抗。
神田師團的中路日軍遭到頑強抵抗，進展緩慢，好不容易鑽了個空子，向南推進了一點，卻遭到第三九七團的伏擊，傷亡慘重。
神田看到難以從正麵攻破，隻好命令部隊繞道前進。
楊漢域軍拚死抵擋日軍的猛攻，付出了慘重的代價。楊森為了給這個軍保留一些實力，以利於更久地阻擊日軍，命令孫渡軍向楊幹才師當麵的日軍發起攻擊。
這場攻防戰打了一整天，到了夜間，日軍不但沒有停止攻擊，還加強了炮擊。連接中國守軍各個重要據點的電話線，都被日軍的炮火炸斷。關王橋楊漢域軍部的電話變成了啞巴，楊漢域無法從電話中得知前方的戰況。他聽到前方的槍炮聲越來越激烈，忍不住跑出軍部，登高遠望。在幾十裏的戰線上，火光衝天，沉悶的轟隆聲不停地撞擊著他的耳膜。
後半夜，楊漢域終於盼來了各師的通訊兵。根據他們的報告，楊漢域認為第一線抵抗的目的已經達到，而部隊傷亡嚴重，經請示楊森以後，命令夏炯師和楊幹才師按照逐步抵抗的預定計劃，向梅仙和平江以東地區轉移。
26日拂曉，楊漢域軍在新牆河防線的最後一線陣地，繼續抗擊跟蹤而來的日軍。
這時，日軍豐島師團與神田師團合做一處，沿粵漢線南下，向汨羅江突進。
楊森見日軍向縱深推進，估計楊漢域軍有可能被日軍圍攻，便命令孫渡軍的兩個師夾擊圍攻楊漢域軍的日軍。
這一天又是激戰不斷，中國守軍第三線的野戰工事，成為雙方拉鋸搶奪的目標。傍晚，雙方停火，天氣成為最大的敵人。夜晚的氣溫不斷下降，天上飄起了鵝毛大雪。寒風凜冽，冷氣刺骨，在裸露的戰壕裏，守軍饑寒交迫。他們已經連續苦戰幾晝夜，身體極度疲乏，當晚有十多人凍死在戰壕裏。
27日，薛嶽認為楊漢域軍已經很好地完成了初步的任務，給楊森發來電報，命令楊漢域軍向梅仙和平江以東地區轉移，準備向日軍側後攻擊；命令孫渡軍實行逐步抵抗，逐漸向東南方斜線轉移，撤到汨羅江南岸右翼的山地，側擊日軍。
從日軍18日發起前哨戰開始，到27日楊森集團軍撤退為止，中國守軍在新牆河一線抗擊日軍進攻的時間，正好過去了十天。
楊森集團軍讓開了防禦正麵，日軍主力踏著雪地向南前進。楊森這時感覺自己像一個聰明的獵手，對著獵物露出狡黠的微笑。
阿南惟畿揮兵進“天爐”，薛嶽部署大決戰。
在冬季，汨羅江和新牆河一樣，正值枯水季節，歸義以東的河床通常是可以徒涉人馬車輛的。現在，由於連日雨雪，河水陡漲，水流足可以把人淹沒，使汨羅江成了守軍的一道天然屏障。
在汨羅江布防的中國守軍，是陳沛第三十七軍和傅仲芳第九十九軍。這是第九戰區在湘北構築的第二道防線。
陳沛軍和傅仲芳軍的防區，是以駱公橋為界，陳沛軍守備駱公橋以東一線，傅仲芳軍守備駱公橋以西沿湘陰、營田一線。
日軍神田師團和青木師團推進到中國守軍的汨羅江防線，全麵展開，開始試探性的攻擊。日軍很快就發現，駱公橋以東的守軍是陳沛的第三十七軍。
阿南惟畿在嶽陽指揮所得到報告，心中不免有些疑問。在他的印象裏，陳沛的第三十七軍似乎應該不存在了。他記得，這個軍在前兩次湖南北部的作戰中，都是守在汨羅江一線。但是，在第二次長沙會戰中，他的部隊已經將陳沛軍打垮，怎麼現在又冒出來了呢？這個情況，引起了他的重視。既然這個軍對汨羅江防線如此熟悉，日軍應該立即將它消滅。於是，他調整日軍對汨羅江一線的攻勢，將攻擊重點放在陳沛軍這一邊。
阿南也知道，汨羅江是一條因為中國的愛國者屈原而聞名的河流。對於前後三次發動湘北攻勢的日軍而言，這條江水實在是很不吉利。他自己在指揮第二次長沙作戰時有過切身的體驗，日軍越過這條江水之後，似乎就像卷進了一個巨大的旋渦，險象環生，巴不得快一點抽身而退。
而陳沛的這個第三十七軍，就是汨羅江邊的守衛者。阿南覺得，如果他能把這支部隊消滅了，那麼日軍過江以後也許就會順利得多。
阿南把他的這個意圖，用電報告訴了神田和青木。
陳沛軍很快就遭到了日軍處心積慮的打擊。27日上午，神田師團先頭部隊對江北羅奇第九十五師警戒陣地發起猛攻。下午，青木師團先頭部隊猛攻梁仲江第六十師警戒陣地。
激烈的戰鬥進行了一天，守軍兩個師頑強地抗擊日軍，打退了日軍的多次進攻。
日軍在當晚集結增援，於28日淩晨發起猛烈的攻勢。青木師團繼續攻擊梁仲江師警戒陣地。在長樂街守備的守軍一個排，在日軍強大的攻勢下全部陣亡，日軍進占了長樂街。
另一方麵，神田師團強渡汨羅江，被羅奇師第二八四團擊退。日軍反複強渡，都被阻擊在岸邊。打到下午，神田下令改由伍公市附近繼續強渡，再次遭到頑強的抵抗。
這一天，薛嶽命令在金井布防的陳沛軍李棠第一四零師馳援新開市，李棠師經過英勇奮戰，於當日收複了剛剛被日軍占領的新開市。
29日，連日的雨雪停止，天空放晴。占領了長樂街的日軍開始架設浮橋。當天晚上，日軍神田師團和青木師團全部渡過了汨羅江。
日軍豐島師團已於28日在傅仲芳軍陣地前渡過了汨水，並於29日開始向東運轉，威脅陳沛軍第一線部隊的左側。
這時，阿南惟畿正在膨脹的野心，使他麵臨一個重大的抉擇。
按照原訂作戰計劃，日軍各師團渡過汨水後，豐島師團應繼續向東運轉，從東向西包抄陳沛軍，神田師團應向西運轉，從西向東包抄陳沛軍，將之圍殲於汨羅江南岸。如果陳沛軍向東撤退，日軍就應該以一個師團大迂回，另以一個師團跟蹤追擊，將陳沛軍圍殲於撈刀河以東地區。總之，原訂計劃就是以殲滅中國軍隊一部為目的。
但是，急於建功立業的阿南惟畿，從作戰伊始，或者說從他製訂第三次長沙作戰的計劃時起，就一直摔不掉乘勢攻占長沙的念頭。現在，他看到各師團已順利渡過汨羅江，覺得進攻長沙的時機已經成熟。
他對自己說：消滅陳沛軍打的是軍事仗，占領長沙打的是政治仗。長沙不僅是中國一個大省的省會，而且是日軍兩度進攻都未能攻占的城市。攻占長沙，必定會在國際上造成巨大影響，可以沉重打擊重慶政府的抗戰決心，而且把日軍的戰線向前推進了一大步。
已於26日獲悉第二十三軍占領香港的阿南，受到了很大的刺激。同樣令他興奮的是，他同時獲得情報：在他對麵的中國第九戰區，由於部分兵力南調，目前長沙守備力量薄弱。阿南認為這是很自然的事情。即便第九戰區沒有抽走兵力，兩個月前受到他的第十一軍的沉重打擊，也不可能恢複元氣。
阿南的想法現在似乎已經得到了證實。從18日的前哨戰到現在，他的部隊雖然遭到中國軍隊激烈頑強的抵抗，但戰局的發展，沒有出乎他的意料之外。各部隊連日進展順利，證明了他的判斷：第九戰區兵力不足，士氣不旺，不足以抗拒日軍對長沙的攻擊。東條英機上台後，日軍簡直成了一個神話，在太平洋上取得節節勝利，大形勢如此，攻占一個長沙有什麼困難呢？
阿南現在把長沙和香港放在一個相等的位置。他認為，他的第十一軍隻有攻占了長沙，所獲的戰功，才能與第二十三軍攻占香港媲美，才能和南下太平洋的日軍部隊攻占沿岸小國相提並論。
何況，占領長沙還有更重大的意義。日軍攻占了長沙，可以繼續南進，攻占衡陽，穩定中南戰局，直逼西南，威脅國民黨的陪都，徹底解決中國事變也就為期不遠了。
阿南的野心在想象中得到了巨大的滿足。
現實在進一步填充他的想象力。前線部隊的長官，也在促使阿南下決心進攻長沙。第三師團在汨羅江一線進展順利，豐島房太郎致電阿南，要求乘勝攻占長沙。阿南閱電後喜上眉梢。
29日，他向南京的中國派遣軍總司令部發電，請示可否集中日軍主力進攻長沙。
當晚5點鍾左右，阿南接到空中偵察報告：“汨水以南的中國守軍，正向長沙方麵退卻。”
阿南惟畿立即命令已渡過汨水的豐島師團向長沙追擊。
可是，阿南直到30日還沒有收到畑俊六對於他請示能否向長沙進攻的批複。
阿南的內心受著煎熬。他知道，現在再不下決斷，就會錯過這次大好的良機。勝利在前方招手，在熱烈地呼喚著他。他對木下勇說：“中國有句古話，叫做‘將在外，君命有所不受’。我要下決心了。”
木下勇是從軍隊下層一步步爬上軍參謀長位置的。他對從大本營調來的阿南十分敬重，尤其是在第二次長沙作戰之後，他更加敬佩阿南足智多謀。他巴不得跟隨這位司令官建功立業，因此他極力讚同阿南改變作戰意圖。
不過，第十一軍內部也有反對的聲音。負責後勤的副參謀長二見秋三和軍作戰主任島村矩康，私下對木下勇說，現在第十一軍戰線太長，補給困難，一部分中國軍隊去向不明，不宜倉促決定進攻長沙。當阿南召開作戰會議部署進攻長沙的作戰時，他們又在會上表達了各自的意見。阿南聽不進他們的勸告，還申斥他們過於謹慎。
30日傍晚，阿南惟畿致書大本營作戰部，陳述了攻擊長沙的理由。接著，他一意孤行，發出以下的命令：
一、中國守軍已有向長沙、金井地區退卻之征候；
二、軍以主力向長沙追擊；
三、第三師團以快速取捷徑追向長沙；
四、第六師團擊潰鴨婆山(栗山以西)、麻石山(長嶺以西) 附近之中國守軍，主力向市，一部向長沙追擊；
五、第四十師團一部留於浯口附近，主力經麻峰嘴附近追向金井；
六、獨立混成第九旅團快速向關王橋前進，並指揮獨立步兵第六十五大隊，擔任本軍後方汨水以北和左翼山區之警備。
12月31日，畑俊六獲悉阿南惟畿已下達進攻長沙的命令，非常氣惱。但他同時獲悉，第十一軍已經貫徹阿南的命令，各部隊已開始行動，這個老成持重的大將，便姑且默認了現實。當然，畑俊六之所以沒讓阿南收回成命，首先因為他也認為日軍是有可能占領長沙的，其次因為他也希望自己頭上增添一道勝利的光環。
而日軍的進攻長沙，不僅是阿南的一相情願，也是蔣介石和薛嶽在翹首以盼的事情。
就薛嶽而言，他不是在消極地盼望，而是在積極地誘敵深入。他的“天爐戰法”，務必將日軍引入一個四麵八方都有強大火力的天然巨爐，而長沙及其以北地區正是這麼一個理想的戰場，楊森集團軍則在新牆河一帶的逐步抗擊中，已將日軍誘入爐中。
現在，“天爐戰法”能否發揮威力，已經到了關鍵的一步，那就是日軍會不會攻打長沙，會不會鑽進爐膛的正中央。阿南臨時改變作戰的部署，指揮日軍進攻長沙，將主力集結在長沙附近，這也是薛嶽製造第九戰區部隊潰敗假象而取得的結果。有了這個結果，正在四方集結合圍的中國軍隊，就可以將日軍主力裝在爐膛裏燒而烤之了。
薛嶽現在每走一步棋都是小心翼翼，他的棋招是要調動日軍一步步按照他的設想而行動，他對著地圖看到了自己的意圖正在逐步實現。
30日這一天，薛嶽格外緊張，因為這一天中日軍的走向，將決定會戰的結果。
陳沛軍按照薛嶽的命令，與日軍青木師團和神田師團激戰一天，主力於夜間從浯口以南向東麵的社港地區後撤。
傅仲芳軍在歸義與豐島師團激戰之後，也按照薛嶽的部署，乘著夜色退向湘江沿岸的營田與湘陰一線。
處於日軍後方的楊森集團軍開始動作，乘著雪夜猛烈襲擊了駐新牆河東南長胡鎮的日軍輜重兵第四十聯隊，殺敵甚多，還擊斃了聯隊長森川啟宇中佐。
這時，日軍三個師團已並列攻向長沙以東地區。
與此同時，第九戰區統屬的各軍，也已分別到達指定地點。
楊森第二十七集團軍的五個師、王陵基第三十集團軍的三個師、羅卓英第十九集團軍的六個師，已經集結在平江和瀏陽一帶預定待命的位置。
遠在重慶的蔣介石，已經洞悉了在長沙附近與日軍決戰獲勝的可能性，擔心第九戰區的二線部隊被迫投入戰鬥而喪失有利的態勢，在30日這天給薛嶽發來指導性的電文：
該戰區在長沙附近決戰時，為防敵以一部向長沙牽製，先以主力強迫我第二線兵團決戰，然後圍攻長沙，我應以第二線兵團距離於戰場較遠地區，保持外線有利態勢，以確保機動之自由，使敵先攻長沙，乘其攻擊頓挫，同時集舉各方全力，一舉向敵圍擊，以主動地位把握決戰為要。
蔣介石的這份電文，實際上是強調了長沙保衛戰的重要性。如果日軍沒有先攻長沙，或者在進攻長沙時沒有“攻擊頓挫”，中國軍隊就無法占據圍殲日軍的主動地位。蔣介石說出了薛嶽內心的想法，薛嶽這一次感到了最高統帥與自己謀略相通。
當天晚上7點鍾，薛嶽根據蔣介石和自己的想法，向各部下達了命令：
(一)戰區決定以各兵團向長沙外圍之敵軍，行求心攻擊聚殲之。
(二)楊副長官指揮第五十八軍，由長樂街經栗山巷、青山市向安沙，第二十軍由清江口經福臨鋪向石子鋪，索敵攻擊。攻擊到達線第一次為三多橋、安沙；第二次為傅家衝、周婆塘之線。
(三)王副長官指揮第三十七軍(缺一四零師)由甕江經脫甲店、上杉市向望仙橋；第七十八軍由三角塘、更鼓台經金井、春華山向長橋索敵攻擊。攻擊到達線第一次為春華山、東林寺；第二次為大灣港、長橋之線。
(四)羅副長官指揮第二十六軍主力，由洞陽市經永安市向朗梨市；一部由江花橋經永安市，協助軍主力索敵攻擊。第七十九軍(附第一九四師)主力由金潭向黃花市以南，一部由渡頭向柞山橋索敵攻擊。攻擊到達線第一次為東林寺、柞山橋、大托鋪之線。第二次為朗梨市、東山、金盆嶺之線。
(五)第十軍固守長沙及水陸洲，第七十三軍固守嶽麓山，俟各兵團到達第二線攻擊到達線時即斷行反攻。
(六)第九十九軍(附第一四零師)以第一九七師固守湘江西岸及洞庭湖南岸原防；第九十二師由三姊橋經橋頭驛、第一四零師由栗橋經官橋向撈刀河之敵攻擊，攻擊到達線第一次為橋頭驛、官橋之線，第二次為撈刀河市附近。第九十九師固守雙獅洞、湘陰、營田，並以一部由明月山、雙獅洞向栗橋、福臨鋪側擊敵軍，截斷敵補給線。
開始攻擊之時間，另行規定。
薛嶽發布了命令之後，深感長沙防守的重要。他決定啟用自己的一個“殺手鐧”。這是薛嶽的一個秘密武器，局外人很少知道。這就是隸屬彭位仁第七十三軍的郭汝瑰暫編第五師。這支驍勇善戰的部隊，幾乎全部是由生性剽悍的湘西苗民組成的。
薛嶽給郭汝瑰發去了一紙電令，暫編第五師就風雪兼程，日夜行軍，隻用了三天時間，行程三百五十裏，從澧縣經常德趕到長沙來了。
關於這次行軍，郭汝瑰在回憶錄中寫道：
薛嶽命第七十三軍由澧縣常德急行軍到長沙集合待命。常德離長沙三百五十裏，三天趕到，非晝夜兼程不可。
可老天爺卻偏偏與我們作對，部隊剛剛出發，天上就下起了鵝毛大雪，刺骨的北風迎麵撲來，呼吸十分困難。偶爾路經一片竹林，風小一點，便於呼吸，便如同進了天堂一般。天漸漸黑了，但白雪的反光仍可辨出路影。一路上，由於敵機轟炸，加之公路被破壞了(為防敵進攻，搞所謂交通破壞戰破壞的)，行軍十分不便。一走一停，士兵們疲憊不堪，不少士兵一邊行軍一邊打盹。我有一馬可騎，這倒比士兵們好得多。但在這種天氣裏騎馬，卻也並不好受，騎不上一個鍾頭的馬，我的雙腿就失去了知覺，隻好下馬步行一會兒再騎。走著走著，馬也走不動了。我一看，才發現馬尾上結了一個很大的冰球，隻得命飼養兵提一桶水，將馬尾放在水中搖動，待冰球溶化脫落，又才繼續趕路，走上一兩個鍾頭，馬尾上的冰球再生，遂又再洗……我師全體官兵，就這樣雪中行軍度過了陽曆新年，克服了困難，終於按時到達目的地，薛嶽命我所在的第七十三軍防守湘江西岸嶽麓山一帶。如長沙失守，就由第七十三軍在此線阻擊敵人。
郭汝瑰師到達長沙後，大大增強了長沙的防衛力量。這是後話。
薛嶽指望李玉堂堅守長沙，在嶽麓山配置炮火支援。
1941午12月31日，舊歲的最後一天，薛嶽得到報告：日軍主力已分別到達長沙外圍附近，青木師團到達長沙以東的永安市，神田師團到達東郊附近的朗梨市，豐島師團到達東南郊附近的東山，準備對長沙進行東、北、南三麵圍攻。
日軍第二線兵團，即池之上混成旅團、外園支隊、元澤支隊和野口支隊，分別到達汨水以北地區，繼續向南前進。
在嶽麓山愛晚亭附近的指揮所裏，薛嶽高度緊張的神經，隨著 日軍迫近長沙的報告，竟然鬆弛了下來。
他早已讓參謀長吳逸誌率長官部大部分人員南移，去了耒陽，以防長沙萬一陷落，整個戰區不至於失去指揮中樞。他自己帶著少數作戰參謀人員留在長沙，組成指揮所，先是駐紮在二裏牌的唐生智公館裏，於30日搬到了嶽麓山，在這個長沙的最高點，他能夠隔著湘江俯瞰戰鬥全景，親耳聽到保衛長沙的槍炮聲。
軍事委員會曾經規定，為了避免高級指揮官陣亡而影響作戰全局和部隊的士氣，戰區一級的指揮部距離前線不得近於五十公裏。這一次薛嶽是明知故犯，一方麵是為了就近調度部隊，指揮作戰，另一方麵也是做出一個姿態。他要告訴擔任長沙守備的第十軍：我就在你們身後，你們狠狠地打吧！如果說這是一場賭博，那麼薛嶽是將自己的性命也押上去了。他也讓蔣介石看到了，他對委員長說“本會戰職有必死決心”，決非隻是說說而已。
薛嶽在新的指揮所，於31日向各集團軍下達了總攻命令：
各部從1942年元旦子夜開始攻擊，限元月4日晚到達第一次攻擊到達線。
為了鼓舞士氣，堅定殲滅日軍的決心，薛嶽又於當天下午1點以世午忠電訓令各部：