中國第9戰區已於27日奉最高統帥部電會，轉移攻勢，從各方調集增援部隊陸續趕至戰場投入戰鬥，將日軍包圍於撈刀河、瀏陽河之間。與此同時，第3、第5、第6戰區部隊分別向當麵之日軍發動了攻勢。長沙被圍之日軍與後方聯絡線已被切斷，補給十分困難，遂於10月1日傍晚向北撤退。2日，國民政府軍事委員會命令第9戰區部隊追擊；第79軍向長樂街、新市方向跟蹤追擊，第58軍、第72軍向關王橋、楊林街方向追擊；第4、第20、第99軍主力在馬鞍鋪、青山市、金井一帶截擊日軍；第26、第74軍和暫編第2軍清掃瀏陽河、撈刀河間戰場。5日，中國截擊部隊在汨羅江以南地區與日軍展開激戰，迫使其北渡汨水向新牆河以北退卻。6日，追擊部隊渡過汨羅江；8日，越新牆河，繼續向日軍攻擊。11日，中國軍隊恢複了原陣地，與日軍對峙於新牆河，會戰結束。
第三次長沙會戰
1941年12月太平洋戰爭爆發後，侵華日軍為策應其進攻香港的作戰行動，阻止中國軍隊增援廣九方麵，12月下旬，時隔第二次長沙會戰僅兩個半月，再次發動了進攻長沙的戰役行動。而國民黨第9戰區軍隊為保衛長沙，在湘北、贛北進行了抗擊日軍進攻的作戰。
1941年12月17日至23日，日軍集中了第3、第4、第6、第39、第40等師團之各一部及獨立第11、第14旅團，總兵力仍為12萬餘人，在第11軍司令官阿男惟畿指揮下，對長沙發動第三次進攻。
國民黨軍方麵，第九戰區司令長官薛嶽指揮13個軍、37個師、一個飛行大隊約30萬餘人的兵力，抗擊日軍的進攻。仍然采取開放正麵、誘敵深入，同時進行逐次抵抗，消耗敵人力量，然後伺機包圍殲滅日軍的戰術。
12月24日晚，集結於嶽陽東南麻塘、新開塘一帶的日軍第6師、第40師主力在新牆、潼溪街一線強渡新牆河。次日晨，第3師亦隨第6師之後徒涉過河。第九戰區第20軍與日軍激戰竟日，一部與日軍保持接觸，主力向關王橋、王家坊山區後撤；第58軍向西側擊日軍，後撤至楊林。27日，日軍第3師於汨羅附近強渡汨羅江，南攻第99軍，迫其退至營田、湘陰一線。29日日軍第6、第40師乘勢於新市、長樂街渡過汨羅江，遭到第37軍頑強抗擊，激戰至30日，第37軍由浯口退至社港。日軍獨立混成第9旅由嶽陽前進至關王橋，並指揮澤支隊掩護軍主力左側翼。阿南惟畿見進攻順利，令所部向長沙進攻。31日，日軍進入撈刀河與瀏陽河中間地區。
1942年1月1日淩晨，日軍第3師渡過瀏陽河，在20餘架飛機支援下，向長沙東南郊猛攻。第10軍頑強抵抗，激戰一晝夜，白沙嶺陣地失陷。2日日軍第40師主力集結於金井，保障翼側安全；第6師主力集結於梨市，一部於長沙東北展開，向城內攻進。守軍在嶽麓山炮兵第1旅重炮火力支援下堅守陣地，擊退日軍多次進攻，並殲滅突入白沙嶺陣地日軍。3日，日軍第3、第6師在航空兵與炮兵協同下，再向長沙猛攻。守軍得第73軍、第77師增援，奮力搏殺，戰鬥十分激烈。日軍受守軍炮火壓製，進攻受阻，至4日因傷亡慘重，彈糧將盡，且第九戰區調至長沙外圍的10個軍已從四麵包圍，進行向心攻擊，被迫下令北撤。贛北日軍第34師、獨立混成第14旅為策應湘北方向作戰，於12月25日分別向上高、修水發動進攻，至次年1月6日亦被守軍擊退。5日晨，湘北日軍在航空兵掩護下，向東北突圍。在中國軍隊前堵、側擊和追擊下，傷亡慘重，至16日退至新牆河北岸，至此，日軍的戰役企圖再次被粉碎。
與長沙戰鬥同時，贛北之敵為策應長沙作戰。從1941年12月25日起，曾由西山、萬壽官、安義、箬溪等處發起牽製性攻擊，一度攻陷高安、武寧等地；至次年1月6日為止，亦分頭退去。中國軍隊恢複原態勢。
據國民黨戰報稱，此役共斃傷日軍5．6萬餘人，俘日軍139名，獲馬匹270匹，繳獲步騎槍1100多支、機槍115挺、大炮11門、擲彈筒20具及其他大量軍需品。而日方資料則承認，此役對日軍的士氣給予了較沉重的打擊。
百團大戰
1940年夏天，正是國際上法西斯勢力最猖獗的時候，法西斯德國占領了歐洲許多國家。日本侵略者為了迅速解決中國問題，在加強對國民黨誘降、逼降的同時，加緊了對敵後抗日根據地的進攻。為了粉碎敵人的“清剿掃蕩”和點線分割的“囚籠”政策，打擊投降派勢力，振奮全國人民的抗日決心和信心，八路軍總部決定在華北地區組織一次大規模的交通破襲戰役。