自從湘北方面的戰鬥打響以來第9戰區已逐漸判斷出日軍投入湘北戰場的兵力遠比其原先設想的要多。雖然贛北方面一直還沒有動靜但第9戰區不敢輕易地調動贛北守備部隊況且以現有的只能靠步行的度趕赴湘北戰場也來不及。萬一贛北日軍進攻整個戰區都將陷於腹背受敵的被動局面。在這種情況下薛長官急電國民政府軍事委員會請求增派3∼4個軍增援。
同時薛長官決定在汨羅江一線與日軍進行決戰一決雌雄。其部署是：
第37軍(附第99軍第92師)以一部任長樂街、新市間至汨羅江南岸守備主力於麻峰嘴、李家橋、彭家坳佔領既設野戰陣地完成戰鬥準備；
第99軍仍任汨羅江南岸歸義、營田、湘陰一帶守備；
第26軍推進至金井、將軍壩一帶地區伺機由東向西側擊南犯日軍；
第1o軍由衡陽、衡山向高橋、上杉市、長沙、金井推進；
第74軍以2個師開瀏陽1個師開洞陽市策應湘北方面作戰；
第72軍改調平江支援汨羅江防線作戰；
新2o軍以一個師的部隊留守長沙後方的株洲主力部隊從湘潭和株洲向長沙前進。
由第6戰區增援而來的第79軍第98師即開益陽、軍山鋪；
重迫擊炮第2團、第74軍炮兵團、炮兵第1團集中使用於汨羅江南岸之主陣地線先協助第37軍守勢作戰爾後支援第26軍反攻。
9月2o日晨薛長官下達的上述作戰命令被日軍截獲。當時日軍第11軍的參謀部正在研究向汨羅江南岸動進攻的方案。
阿南惟畿接到這份情報後立即派出飛機進行偵察將第9戰區軍隊調動的情況與電文相對照。在證明所得情報確實無誤之後阿南惟畿立即改變了「將主力用於湘江方面」的原作戰指導方案決心從東面對第9戰區的部隊進行包圍在撈刀河以北地區捕捉殲滅國民黨軍隊。
隨即阿南惟畿令第6師團由甕江、三角塘方面向金井方向挺進包圍第26軍；第4o師團由平江經社港向洞陽市迂迴爾後與第6師團一起圍殲第26軍；第3、第4師團分別向麻峰嘴、栗橋挺進包圍第37軍。
2o日日軍第3、第4、第6師團強渡汨羅江並將正面逐次向東移動企圖包圍汨羅江南岸中國守軍的右翼；其第4o師團則沿關王橋、長樂街以東山地經三棗橋向甕江挺進。
21日中午時分阿南惟畿正式向各師團下達作戰命令：
「軍決定於22日黃昏開始行動在撈刀河以北地區捕捉殲滅當面之敵。」
然而第9戰區的悲劇還不止於此。
22日晨日軍再次截獲了第9戰區的作戰命令。
這道作戰命令是薛長官於21日23時給第74軍的。它要求第74軍主力立即向瀏陽西北的蕉溪鋪集結而以一部在社港南面的新安鋪集結。
阿南惟畿得到情報後再次派飛機進行偵察。結果第74軍的行蹤不但事先暴露而且日機還現了正由長沙向金井急進中的第1o軍及由金井向甕江方向前進的第26軍的隊伍。
於是阿南惟畿將原定於22日黃昏開始的攻擊時間提前於11時布了開始攻擊的命令。
兩道被截獲的電波就這樣決定了第9戰區軍隊的悲慘命運。
第9戰區的各部隊接到命令後馬上向各自的指定方向開進。
2o日日軍一部竄至長樂街、橫山橋被第4軍擊退。2o日夜第2o軍克復關王橋。日軍第4o師團一部來援被第4、第58、第2o軍協力擊破。隨後這三支部隊由東北方向繼續向長樂街、磨刀灘、新市、歸義銜敵後側攻擊前進。第37軍則與渡過汨羅江之日軍一部展開激戰。至21日上午日軍一部退回汨羅江北岸另一部仍佔據著浯口及長樂街南岸一線。第197師仍在洞庭湖南岸與日軍對戰。
第26軍原定防守汨羅江南岸金井至將軍壩的第二線陣地但2o日又接到命令要求該軍推進至汨羅江南岸平江以西——浯口——新市的第一線陣地。
21∼22日第26軍晝夜兼程趕往指定防線。不料在甕江、浯口一帶遭到日軍第6師團的圍攻。雙方隨即展開激戰。
與此同時防守洞庭湖與汨羅江所形成的三角地帶的第37軍第95師和第14o師也遭到日軍第3、第4師團的攻擊。當時日軍以第3、第4師團的一部攻擊第37軍的正面以第4師團主力從第99軍第99師與第95師的結合部穿插而過自左往右向第95師神鼎山陣地迂迴以第3師團主力從第14o師雙江口陣地右側與第26軍的結合部穿過自右向左往第14o師側後迂迴企圖從左右兩個方向將第37軍的兩個師包圍消滅。雙方在馬頭嶺、伍公市、新市、駱公市等附近捉對展開廝殺。
23日第26軍經過苦戰未能擊退當面之敵反而有陷入日軍四面合圍的險境。第26軍肖軍長立即向薛岳報告險情。薛長官指示第26軍可向南撤退至蒲塘。
同日日軍第3師團從第14o師右側突入向雙江口陣地全線猛攻。最後第14o師陷入日軍重圍之中各方的通信聯絡都已中斷全師官兵於混亂之中只能各自為戰。第14o師雖傷亡慘重但仍在堅守陣地。第95師則在神鼎山陣地頑強抗擊著日軍第4師團的攻擊。
24日第26軍邊打邊向蒲塘撤退。日軍第6師團緊追不放。同時日軍第4o師團又從東面壓來。日軍2個師團跟蹤追擊到蒲塘對第26軍展開圍攻。
此時第37軍陣地已被日軍第3、第4師團攻破。為使第37軍免遭日軍全殲薛長官令第37軍南撤收容整理。於是第37軍全線南撤。而日軍則跟蹤第37軍向栗橋、福臨鋪、金井進逼。
25日在蒲塘地區陷入包圍圈的第26軍在日軍凌厲的攻勢下已經難以招架了。是日夜拚死向更鼓台、石灣方向突圍。
此時在第9戰區的部隊中有三支王牌部隊。這就是素有「泰山軍」之稱的第1o軍以「抗日鐵軍」聞名的第74軍和在日軍官兵裡有著「魔鬼軍」之稱的新2o軍。
第1o軍李軍長山東廣饒人黃埔軍校一期生。1938年夏任第8軍軍長。在武漢會戰的南潯線戰鬥中因戰功卓著被軍事委員會授予華胄勳章。指揮南潯作戰的薛長官則贈送給第8軍「泰山軍」錦旗一面。「泰山軍」之名由此而來。第一次長沙會戰後李軍長調任第1o軍軍長「泰山軍」之名也隨之被帶到了第1o軍。此後該軍就一直在衡山附近整訓。
第1o軍是19日才接到開拔命令的。由於時間緊迫根本來不及進行充分的作戰準備工作也沒有對官兵進行必要的戰鬥動員教育接到命令後各部便匆匆起程。由於連續日夜行軍部隊疲憊不堪許多士兵邊走邊打瞌睡有的甚至走著走著便倒在路旁睡著了。
22日第1o軍終於趕到金井地區。當晚第1o軍便接替了第37軍第14o師在金井及其以北地區的防務。
當時在金井北面的甕江、浯口一帶都有日軍。但浯口至金井間沒有大道只有崎嶇的山路且地形複雜。而沿甕江南下交通十分便利。因此第1o軍判斷日軍不會從浯口直犯金井而會從甕江沿大道南下。於是第1o軍以第19o師防守甕江至金井間的大道並將其作為堵擊日軍南犯的重點而以預備第1o師駐守金井西北沿河的村莊。
由於預備第1o師對敵情估計不足加之缺乏嚴密的戒備日軍一支騎兵部隊於23日拂曉前從浯口取道崎嶇小徑直奔金井對預備第1o師進行偷襲。該師駐在金井西北最前沿的一個營「鼾睡中被日軍突入營舍亂刀砍殺猝不及防受到很大損失死傷二三百人」；該師其他各部「不知敵人夜間從何而來有多少人陣勢如何於是在黑夜中盲目抵抗、搜索亂作一團師、團、營、連之間失去聯繫。及到拂曉以後方師長才把情況弄清報告軍部」。
23日傍晚預備第1o師前哨現日軍的騎兵部隊。方師長立即下令全師做好戰鬥準備。次日拂曉日軍第4師團在飛機的掩護下向預備第1o師陣地起攻擊。戰至午後日軍改變攻擊方法以騎兵從正面衝鋒以步兵從兩側包抄。方師長見部隊有被合擊的危險立即下令撤退。金井遂告失陷。
方師長在戰後談起這次戰鬥時曾說：「敵人此次盡用騎兵專打我們的指揮機構。我們剛離開第一個指揮所日軍就搶先把我們第二個指揮所打爛了破壞了通訊。他們有空軍優勢偵察情報準確及時行動迅使我們上下失掉聯絡指揮意圖無法下達部隊群龍無遇有情況無心應戰一味後退戰鬥力完全喪失以致我們這次如此慘敗。」
第19o師於23日上午奉命佔領金井西面的古華山東北高地堵截由浯口取小徑進犯金井的日軍後續部隊。第19o師遂兵分兩路向古華山東北方向前進。途中與日軍第3師團先頭部隊打了一場遭遇戰。後奉命北上馳援第37軍第14o師作戰。
24日第19o師又奉命返回到福臨鋪一帶設防。朱師長率部佔領福臨鋪北面之梁家段陣地以第568、第569團佔領段北警戒栗橋之敵；朱師長親率第57o團及師直屬隊佔領梁家段南端之高地。不料朱師長在率部行進中突遭日軍迂迴的一隊騎兵的側擊朱師長負傷副師長陣亡師部直屬部隊和第57o團潰散。不久另兩個團在日軍的進攻下也向南撤退。
25日第1o軍軍部由金井向西南轉移至孫家橋。傍晚日軍跟蹤而至第1o軍軍部被圍。李軍長率特務營邊打邊向西北突圍一直跑到青山鋪脫離了戰場。
日軍在擊潰預備第1o師、第19o師後又集中兵力直撲第3師福臨鋪附近高倉段一線陣地。第3師雖拚死抵抗無奈日軍兵力過於強大第3師很快被其分割成數段。戰至26日周師長只好令各團突圍。
至此素有「泰山軍」之稱的第1o軍全線潰敗。
日軍第11軍司令部在9月22日中午出向汨羅江南岸攻擊前進的命令後下午便開始籌劃下一步的作戰指導方針。經過討論形成這樣一個決定：在擊敗金井附近中國軍隊後應向瀏陽河下游追擊繼而攻取長沙。
23日日軍第11軍各師團對第9戰區的第26、第37、第1o軍展開全面攻擊。
當天早晨天空正下著大雨。阿南惟畿在睡夢中被雨聲驚醒。他醒來做的第一件事就是「祈禱上蒼但願雲開霧散」。因為雨天不利於進攻特別是對作戰飛機的影響更大。阿南惟畿認為「今日為決戰日」「此次會戰應在今夜至明晨決定大勢」。
24日傍晚前線6續回戰報：日軍各個師團對第26、第37、第1o軍的包圍圈業已完成正在圍殲之中；第3師團已將第14o師擊潰傍晚時從福臨鋪東北方轉入縱隊追擊；第6師團於早晨佔領金井切斷了中國軍隊的退路；第26軍的無線電台正午仍在蒲塘北方企圖向東南方逃脫；中國軍隊有向長沙撤退的跡象。
阿南惟畿看到上述戰報後十分高興他在日記中寫道：「大勢已定。第9戰區薛司令長官部撤出長沙移往湘潭。第26軍準備向東北逃脫。而新調來的第1o軍已遭我第3師團痛擊陷於混亂。」
根據上述戰場態勢日軍第11軍司令部按照「以一支有力部隊監視瀏陽方面的第74軍(殲滅其先頭部分)以主力追擊敵軍奪取長沙」的既定方針制定了向長沙追擊的作戰命令。
其主要內容包括：
一、軍決定以一支有力部隊掃蕩殲滅金井方面包圍圈內之敵並以主力向長沙追擊敵軍。
二、第4師團應經黃花市向瀏陽河河口附近追擊敵軍並及時渡過瀏陽河向長沙東側地區繼續追擊。
三、第3師團應經長沙市向金潭附近追擊敵軍並在該地渡過瀏陽河向長沙南側地區繼續追擊應以一部兵力將現包圍圈保持到25日正午。
四、第6師團應急進入北盛倉附近撈刀河河谷如敵第74軍已進入該河谷應即就地將其擊破特別應以有力部隊確保現包圍圈並與第4o師團協力完成對金井附近敵軍的掃蕩。
五、第4o師團應從24日夜至25日掃蕩殲滅金井包圍圈內敵軍以後於金井附近準備追擊。
上述作戰命令經阿南惟畿過目後立即獲得批准。
24日19時阿南惟畿正式下令：向長沙追擊!
在短短的一個星期內第9戰區第26、第37、第1o軍三個主力軍便先後被日軍擊潰這令薛長官十分惱火。日軍正在向長沙步步緊逼第9戰區的戰場態勢越來越不利薛長官決定讓第74軍擔負起阻止日軍南下的重擔。他認為如果第74軍能阻住日軍那麼第9戰區聚重兵於撈刀河一線與日軍還可一較高下。
薛長官之所以讓第74軍擔此重任是因為第74軍有著驕人的抗戰業績。特別是在1941年春季的贛北會戰中第74軍奮勇殺敵使日軍傷亡慘重贏得了「抗日鐵軍」的稱號。但是這一次第74軍在象非洲草原上的鬣狗一樣蜂擁而來的日軍面前並沒有能夠堅持多久。
27日晚第74軍各部奉命突圍向醴陵集結。
第74軍的防線被擊破後通往長沙的屏障已全部被清除。