朱嶽回答：“沒有失守。”
李玉堂責令複查，陳家山果然失守了。
我軍每個陣地徹夜都有哨兵監視，陳家山怎麼會輕易失守呢？原來先一天敵第六師團攻北門，受陳家山我軍陣地炮火的襲擊，傷亡慘重，攻擊受挫。入夜，敵利用我守軍在堡壘內了望視角縮小的機會，一個個匍伏潛行到山下集結，淩晨衝到山頂，占領了陳家山。
我師第五七零團團長李芝當即披衣督部攻擊，終因敵人占領了有利地形，居高臨下，火力猛烈，我軍三次反攻均未能收複(戰後營長吳子南離職，李芝告退)。
陳家山失守後，北門之日軍第六師團與東門之第三師團連成一線，三個師團合圍長沙城的計劃得以實現，乃合力進攻。第四十師團炮擊回龍山、沙河街、南門口，第三師團炮擊清水塘、小吳門、瀏陽門、識字嶺，第六師團炮擊油鋪街、湘雅醫院、興漢門、郵政局倉庫(何鍵公館後門)。我嶽麓山炮兵強大火力立刻進行壓製，敵炮火漸呈頹勢，但步兵咄咄逼人。守湘雅醫院之第五六九團團長符誌豪告急，第一九零師師長朱嶽督戰於興漢門；南門第三十團團長葛先才告急，預備第十師師長方先覺督戰於南門口；識字嶺守軍也力不能支，第三師師長周慶祥督戰於天心閣，並對團長張振國說：‘你我都是李玉堂軍長提拔的，長沙守不住，軍長是挽不回來的，於公於私，我們都說不過去!”
張團長表示堅決與陣地共存亡。
周慶祥說：“我陪你幹。”
周慶祥要求炮兵對楊家山、妹子山、窯嶺一線的日軍大力進行壓製。張振國增加兩挺機槍封鎖窯嶺到識字嶺的道路，並增派一個排固守，識字嶺險情方才緩和。
守小吳門之第五六八團團長陳家堂是李玉堂由軍部工兵營營長提拔的，在戰場上指揮若定。他是軍校八期工兵科出身，長於陣地編成戰術。該團嚴密布出十字交叉火網，另在要道口伐樹枝堵塞，並堆放桌椅門窗封鎖，還在敵人必經之地、必入之房廣灑糞便。當各處告急時，唯獨該團從容不迫，三挫敵人攻勢。
此期間，李玉堂將稱病不去督戰的其山東同鄉、某師副師長高某通令撤職，嚴肅了戰場軍紀，振奮了部隊士氣。
下午，敵對雙方處於相持狀態，各自調整部署。這時，李玉堂接到蔣介石直接給他發來的電報：
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麵圍擊，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。
這個電報一級一級向下傳達，消息傳遍長沙各陣地，群情為之振奮。軍政治部乘勢提出一個有力的口號：“苦戰一夜，打退敵人，守住長沙，要回軍長。”
方先覺清點了一下人數，看到戰鬥兵員傷亡重大，而更猛烈的戰鬥還在後麵。
他從輜重兵中挑出一部分，給他們配備武器後補充到火線戰鬥員行列。他再次將陣地縮短，以形成集中的抗擊能力。
這一天，方先覺師不僅阻止了日軍的進攻，還擊斃了日軍豐島師團第六十八聯隊第二大隊大隊長橫田慶三郎中佐。
晚上，城北方麵戰鬥激烈。
在日軍第六師團長神田正種的眼中，他的師團自從1937年蘆溝橋事變後，從日本的熊本縣調到華北，以後從華北調華中在杭州灣登陸，經太湖南岸西進，參加進攻南京。進攻南京是第六師團與來自名古屋的第三師團第一次並肩作戰，他們一舉占領了中國國民政府的首都，從那以後，他們又並肩在徐州參加會戰，一同殺進武漢。
神田正種認為，這樣的兩支精銳力量合在一起，應當是無堅不摧的，南京、武漢都不在話下，何況一個小小的長沙!
現在被阻於長沙城外，他不甘心。
日軍神田師團以湘雅醫院等地作為據點，向湘春街、興漢門附近猛攻，但遭到朱嶽師的頑強抵抗，無法向前發展。
這時，彭位仁第七十三軍已到達長沙，根據薛嶽的命令，除以一部接替李玉堂軍湘江西岸和嶽麓山防務外，第七十七師由韓浚師長率領進入市區，準備向日軍進行反擊。
這一天的傍晚，歐震第四軍、夏楚中第七十九軍、夏首勳第七十八軍、蕭之楚第二十六軍、陳沛第三十七軍、楊漢域第二十軍、孫渡第五十八軍等已全部到達第一次攻擊到達線。
薛嶽見圍攻日軍的態勢已經形成，於是通令各部，限於1月4日晚全部進入第二次攻擊到達線。
阿南迫不得已下達撤退命令，卻留下了一天的餘地。
嶽陽。日本第十一軍前線指揮所。
由於破譯了第九戰區的通訊密碼，這次會戰在阿南惟畿的眼中已經成為一盤明棋。但是，阿南發現，洞悉中國軍隊的意圖除了給自己增添緊張和煩惱以外，絲毫也無助於日軍擺脫被動的困境。
原因很簡單，他的三個師團陷在長沙城外，無法攻入城內。第十一軍的全部主力都投入了戰鬥，合力攻擊了一整天，卻是屢攻屢挫，兵臨城下卻舉步維艱，幾乎沒有進展。
更糟糕的是，阿南明知自己的攻擊部隊幾乎彈盡糧絕了，卻無法為他們提供補給，因為後方補給線已被湖南北部的中國軍隊各部切斷。
空投彈藥和給養也不順利。前線傳來消息說，由於戰場形勢的變化，一部分空投物資被中國軍隊奪取。斷絕了彈藥的日軍部隊，進攻時不得不全靠拚刺刀。
阿南還麵對著一個最嚴酷的現實：從會戰開始到現在，盡管三路日軍順利地突破了第九戰區的新牆、汨羅防線，卻未能重創中國軍隊的任何一個建製軍。從他獲得的情報可以判斷出來，參戰的中國軍隊數量不少於十個軍。第九戰區擁有這麼多的兵力，完全出乎阿南的預料之外。
阿南知道，中國軍隊的六個主力軍，已經全部進入第一次攻擊到達線，初步形成了圍攻日軍的態勢。阿南的指揮所內籠罩著極為緊張的氣氛，參謀們憂心忡忡，似乎在等待著命運的判決。
對於阿南指揮所裏發生的事情，日軍戰史留下了如下記載：
1月3日晨，沒有完全占領長沙，軍參謀部充滿著深深的憂愁與不安的氣氛。11時，阿南司令官來到參謀室，在黑板上寫下一句詩，以安慰沉入憂愁中的幕僚們：“今更莫把驚懼生，兵家勝敗是常情。”
我軍空運的彈藥都用盡，相反地重慶軍已經明顯地顯示出正在繼續集結兵力，要在長沙包圍我軍。
木下參謀長等幕僚的焦急心情，是非同一般的……
因此，1月3日17時，木下參謀長以及二見副參謀長、島村作戰參謀一同聚集在軍司令官室，向阿南司令官提出了“停止戰鬥，於4日夜開始反轉”的意見。
阿南司令官說：“第六師團剛參加戰鬥，尚未收到戰果乃理所當然！不能過早地停止攻擊，應暫時觀察一下情況。”批駁了木下參謀長等人的意見。
接著，17時30分，接到豐島第三師團長“不久可取得戰果”的戰況報告。然而，木下參謀長等人的反轉決心很堅定。在19時40分，幕僚們再次聚集在軍司令官室，向阿南司令官提出“因為在5日晨以前，必須進到汨水北岸，所以必須迅速開始反轉”的意見。此時已經拉開了瀏陽河畔渡河點爭奪戰的戰幕。
至此，阿南司令官終於不得已批準了反轉。
3日晚，阿南惟畿發出了撤退命令：
一、本軍已達成牽製敵軍於長沙以策應華南第二十三軍之作戰任務。
二、本軍中止在長沙之作戰，於1月4日夜間開始撤退，向汨水之線前進。
三、本軍主力於榔梨市一帶渡過瀏陽河，在其附近集結，然後經以下道路撤退；
第三師團，由麻林市經福臨鋪至伍公市；
第六師團，由麻林市經栗橋至新市；
第三、第六師團於4日日沒後開始撤退。
四、第四十師團一部留於金井附近，掩護軍之側後；主力即時開始向春華山前進，擊潰所在之敵，接應軍主力後撤。
五、獨立混成第九旅團向麻林市前進，接應軍主力撤退。
六、外園支隊到達嶽州後，迅速向界頭市前進，擊潰妨礙軍主力撤退之西部地區守軍。
冥頑不化的阿南沒有把撤退時間限定在3日夜晚或4日早晨，是因為他和前方的豐島房太郎一樣，對於攻占長沙還沒有徹底死心。他發布撤退命令委實是出於無奈，但他給前線的部隊預留了一天的攻擊時間。他倒要看看，豐島等人在這一天裏能否兌現他們的承諾。
1月4日淩晨，日軍全線展開瘋狂攻擊，妄想在撤退之前攻下長沙，同時也是為了隱蔽撤退的企圖。
城南方向的修械所、太乙寺一帶重點陣地，過去幾天來都是雙方激烈爭奪的地方，這時再次掀起一浪高過一浪的槍炮聲和喊殺聲。豐島師團七千多名日軍，在豐島親自督率下，發起最後一搏。
打到天亮時分，修械所陣地前，一支日軍敢死隊前仆後繼地衝上陣地。幾名日軍拉響捆在身上的烈性炸藥，將守軍支撐陣地的暗火力點炸飛。後續的日軍馬上蜂擁而上，將守軍殘部全部射殺，陣地落到了日軍手中。
日軍全部朝撕開的這道口子湧來。
求勝心切的日軍使用了“肉彈”，中國軍隊對此並不陌生。在整個抗日戰爭中，中國士兵屢屢使用“活炸彈”抗擊日軍裝甲車，或者用於攻堅戰。上午8點鍾，方先覺師陳希堯第三十團將僅剩的八十多人組成敢死隊。十幾名戰士在身上捆綁炸藥包，在二十多挺機槍的掩護下，衝入被日軍占領的陣地，拉響炸藥，將日軍炸得粉碎。
9點半，敢死隊從日軍手中奪回了修械所陣地。乘日軍進行下一輪進攻準備的間隙，團長陳希堯清點人數，可以戰鬥的兵員連自己算上不過二十幾人。
陳希堯想：“這個陣地先後有兩個團的各一個營，營長至士兵無一生還，還有幾支預備隊填進去，算來已有一個團的兵力死在這裏，看來我要當這個團在陰間的團長了。”
此刻，他身上隻有一塊在當時很珍貴的鍍金懷表和一封沒有來得及送出去的寫給母親的遺書。
“十分心愛這隻金表，就讓它隨著去吧！”他從貼身襯衫口袋掏出那封被汗水浸透的遺書，隨手撕碎，撒在這滿是死屍的陣地廢墟上。
抗日以來，光是將軍戰死的就屈指難數，何況團長，何況已逾百萬的士兵？身為軍人，生逢抗日，死複何言？
陳希堯拋卻最後一絲人生感懷，埋頭指揮士兵們遍組陣地，這時從城中又來了一百多人的縱隊向他報到。陳希堯一看，更證實了自己的想法：仗確已打到了最後關頭。
這個由師長方先覺新編成的縱隊，都是由師部的輜重兵、衛生兵、汽車司機、炊事兵等勤雜人員組成。陳希堯還看見方先覺的兩名貼身衛兵中的一名，也在隊伍中滿臉悲壯地站著。
中午1點，日軍六百多人又向修械所陣地撲來。陳希堯率眾拚死反擊，勤雜兵軍事素質較差，陣地在支持了半小時後再度告急，日軍端著上了刺刀的步槍猛衝過來。
絕望之中，陳希堯聽見槍炮聲裏響起了中國軍隊的衝鋒號音，疑是死前幻覺，但不一會日軍從背後和右側開始潰亂，原來是第二十八團團長葛先才親率拚湊起來的近兩個連兵力趕來增援。日軍再次被壓了回去，陣地轉危為安。兩位團長相見時淚流滿麵。
另一方麵，周慶祥師的陣地也遭到日軍的猛烈攻擊。
4日上午9點鍾，豐島命令石井信聯隊突然改變進攻方向，由城南改向東門即瀏陽門突襲。石井信命令敢死隊身裹炸藥包撲向城門。
周慶祥親自站在城牆上指揮反擊。第三師前沿的官兵們見日軍的“肉彈”衝上來了，紛紛迎上去，拉響手榴彈，引爆日軍身上的炸藥，與日軍敢死隊同歸於盡。
緊接著，又一批守軍衝出陣地，在瀏陽門前與衝過來的日軍展開白刃肉搏。血肉橫飛的一小時混戰後，雙方官兵大都倒在血泊裏。日軍大隊長橫田的軍刀鋒刃上鮮血淋漓，而他自己也被兩把刺刀刺穿喉嚨和左肋，死後兩眼大睜。
在守軍的打擊下，石井信聯隊被迫向城南方向退卻。石井信在途中被守軍迫擊炮炸成重傷。搶救中，他欲言不能，痛苦萬狀，淚流滿麵而亡。
中午11點，方先覺到第二十九團陣地向團長張越群宣布，重慶軍委會已破格晉升他為少將團長。
中午12點左右，日軍飛機向地麵部隊空投彈藥和給養。幾朵大白花似的降落傘從天而降。降落傘飄飄悠悠，多數落在中國軍隊的陣地以內，氣得日軍士兵朝天大罵。
這時，雙方的官兵都看到了一個奇觀。日軍飛機投下的一隻給養箱，還在空中晃悠時，被中國軍隊嶽麓山炮兵陣地的火炮擊中。一整箱罐頭、飯團和裝滿飲用水的軍用水壺等物品炸了個漫天開花。中國官兵們見狀，高聲歡呼，喊聲長達數分鍾，士氣為之大振。
關於中午的戰事，黃鍾老人回憶道：
近午，日軍白刃衝擊湘雅醫院，被我火力擊退。
複集中擲彈筒轟擊，因我軍沿牆根腳開射擊孔，又未奏效；再用平射炮轟擊牆腳，轟得到處是洞，我軍退守興漢門抵抗。敵攻至護城河(大水塘)時，被我軍扼止。這時，回龍山失守，預十師副師長孫明瑾前往督戰；瀏陽門吃緊，第三師參謀長孫鳴玉往陣地策軍。
三個師的正副師長均未回師部吃午飯和休息，惟李玉堂與參謀長蔡雨時在指揮所對坐吃饅頭稀飯，忽然一彈穿破玻璃擊碎菜碟，並擊折李玉堂一箸，李玉堂就用手抓大頭菜吃。
蔡問：“是不是換一個位置?”
李答：“不動。不動。”
蔡又問：“那我們就快點吃。”
李又答：“不用，不用。”
可見李玉堂之鎮靜。
下午，敵人炮兵陣地被我嶽麓山的炮兵強大火力摧毀殆盡，惟聞我方炮彈迎著西北風，落到敵人陣地上的爆炸聲。
下午3點，日軍在長沙發起最後一次攻擊。由於大部分槍支已沒有子彈，豐島下令肉搏。寒風中，幾百名日軍官兵赤著上身，嘶喊著，衝上守軍陣地。中國守軍卻不跟他們拚肉搏，而是用槍炮和手榴彈來對付。日軍此舉無異於送死，他們一排排地倒在陣前。後續部隊見了這種陣勢，不敢再往前衝，停止了自殺式的進攻。
下午5點，仍在長沙的日軍師團指揮官同時接到阿南惟畿關於退出長沙、立即反轉的命令。幾乎彈盡糧絕的日軍，其實除了撤退，也沒有別的選擇了。他們就近縱火燒毀房屋，將帶不走的作戰物資炸掉，開始退卻。
位於城北的日軍神田師團在退卻之前發動了最後一次攻勢，攻擊朱嶽師第五六九團的湘春路陣地，以及第五七零團的華南女校陣地。神田師團施放了毒氣，致使守軍一百多人中毒，喪失了作戰能力。由於防毒麵具很少，隻能優先配給機槍手，許多士兵在毛巾上撒尿，然後蒙在鼻子上濾毒，仍然堅持不下火線。雙方激戰三個小時，日軍最後的衝鋒仍然沒有奏效。
下午6時，日第六師團長神田正種指揮部隊首先撤出陣地，搶占了瀏陽河渡河要點——長沙以東十多公裏處的榔梨市，以此為據點收容豐島師團被打散的士兵，等候豐島師團部隊撤離長沙後一並突圍。
與此同時，方先覺攜帶好酒到第二十八團指揮部慰問葛先才，鼓勵他堅守到最後一刻。
天黑時，豐島帶領第三師團殘部，全部撤出長沙外圍，踏上突圍撤退之路。
在撤退前，氣急敗壞的豐島房太郎又一次下令施放毒氣，以阻擋中國軍隊的追擊。
這時，特種兵中隊化學武器小隊長佐佐木二和他的小隊，正伏臥在雨花亭大道邊的一處小土堆上，被中國軍隊的強烈炮火壓迫得不敢抬頭。
鬼頭三良大隊長接到豐島的命令後，戴著鋼盔，佝僂著腰，沿著路邊的樹叢，親自跑到佐佐木二身旁，大聲嗬斥說：“化學武器小隊長，為什麼還不上啊？師團長命令你施放瓦斯。你們應該立刻到前麵去，用二十根紅炮筒同時放毒!”
戴著防毒麵具的佐佐木匍匐在地上，沒有搭理他。他的內心很矛盾，很猶豫。
鬼頭三良拔出指揮刀，揮舞了一下，又狠狠地嗬斥了一句：“快上去呀，你要是敢於再拖延懈怠，不執行命令，我就馬上槍斃你!”
佐佐木二勉強地從雪地上站起來。他仍舊不理睬鬼頭三良，卻帶著他的小隊，向前麵奔跑了幾步，開始施放煙幕。
他們把事先已準備好的十四五根發煙筒一一點燃。
滾滾的濃煙便立即從每一根發煙筒內洶湧而出，迅速地彌漫開去，遮沒了周圍的房屋、樹木和道路。
可是，當他站在煙幕中指揮他的隊員們將二十多根紅炮筒一一豎立在地上，一字兒擺開，準備點火，正式施放毒瓦斯時，他卻再次猶豫了。
突然，他一抬腿，踢倒了樹立在他麵前的那隻紅炮筒，喃喃地說了句：“要放毒氣，就請你們自己去放吧，我是不願意再做這種惡事了！”
說完，他就掩著麵，彎著腰，離開了他的小隊和陣地，迅速地向田野中落荒奔去。
在他的身後，鬼頭三良開了一槍，沒有擊中，隻是微微地擦傷了佐佐木二的一隻手臂。
隨後，大批的中國軍隊就反攻上來了，鬼頭三良趕緊逃跑，化學武器小隊也被衝散。沒有點燃的紅炮筒散了一地，隻剩下先前發煙筒噴出的一些煙霧，還在日軍撤退後的陣地上，在勇猛追擊日軍的中國軍隊的上空，嫋嫋地地飄蕩。
夜幕降臨了，夜空中飄灑著細小的雪霰。佐佐木二孤獨一人瑟縮著，坐在瀏陽河這條異國的小河岸邊，思念著遠在萬裏之外的千葉縣的他的故鄉，思念著他的親人——他的父母、妻子和兒子，思念著他的童年，和他在戰前和平幸福的生活……他的心境是淒涼而平靜的。
他畢竟已經醒悟。他為剛才自己的行為——拒不向保衛自己祖國的中國軍隊施放毒氣而感到欣慰；同時也為自己的國家、自己的軍隊，在侵華妄戰中所犯的種種罪行深感羞愧。
雖然，他知道，他已經再也無法回到他的祖國、他的親人們身邊去了，但是他問心無愧。
他明白，哪怕他施放更多的毒氣，毒死和傷害更多的中國人，他也無法回到故鄉和親人們的身邊。他同他所在的整個軍隊一樣，已經深深地陷入中國戰場而不能自拔。勝利是沒有指望的，想脫身也是很難的，要麼戰死，要麼慘敗而歸，都是令人痛苦的歸宿。他冥思苦想，也想不出一點光明的前景。