薛長官對天爐戰法的解釋是「天爐戰者為在預定之作戰地構成縱深網形據點式陣地配置必要之守備部隊以伏擊、誘擊、側擊、截擊、尾擊、堵擊諸手段逐次消耗敵力挫其銳氣然後於決戰地使用優越之兵力施行反擊及反包圍予敵以殲滅打擊。蓋為後退決戰方法因敵之變化而變化之殲敵制勝新方略如爐熔鐵如火煉丹故名。具體來說天爐戰法的指導思想就是當日軍起進攻時戰區的部隊在保存自己的情況下節節抵抗節節後退盡量地拖累和疲耗敵人達到這一目的後便自動向斜側後方山地撤退(不是直線撤退)繞到敵人的包圍線外面去從更大的層面上形成對日軍的反包圍砌成兩面天爐之壁。同時在中間地帶徹底地破壞交通道路空室清野誘敵至決戰區域而斷其後路從四面八方構成一個天然熔爐最後將包圍之敵予以殲滅。」
在台下的劉建業聽了以後非常高興這就是久已聞名的「天爐戰法」薛長官的成名絕技。薛長官就是依靠這套戰法和小鬼子在湖南周旋多年。從戰區的各方面情況來看以劉建業的角度這套天爐戰法顯然要比前兩次會戰的戰法更加合理。
會後,第九戰區根據天爐戰法的要領制訂了新的作戰計劃。其基本內容為：敵情判斷：「日軍再向本戰區進犯時有兩個可能：一是全力由湘北進犯重點保持於左翼索取我軍右翼包圍攻擊；一是在主力由湘北進犯重點亦指向左翼但各以一部分由贛北進犯以策應其湘北主力的作戰。」作戰方針：「戰區以誘敵深入後進行決戰之目的在敵進攻時以一部兵力由第一線開始逐次抵抗隨時保持我軍於外線俟敵進入我預定決戰地區時以全力開始總反攻包圍敵軍而殲滅之。」指導要領：「預定在長沙外圍與敵決戰決戰時重點保持於長沙以東地區。湘北守軍於敵人進攻時先應利用既設工事拒止敵人。爾後一面採取逐次抵抗以消耗、遲滯敵人一面以主力向伍公市、沙市街以東外線轉移同時以一部向梅仙、平江以東外線轉移一部分別潛伏於汨羅江、撈刀河間各偏僻地區。當敵軍大部隊通過後自動起來攻襲敵後並阻止其撤退。至總反攻時待命以一部向西進攻扼守汨羅江北岸遮斷敵軍退路以主力向撈刀河以北進攻使圍攻長沙之敵不得退過撈刀河北岸。贛中、贛北守軍於敵進攻時以一部守備原陣地以主力向瀏陽以東地區前進於總反攻時待命由瀏陽地區向長沙以東攻擊。戰區直轄各軍以一部及炮兵佔領長沙、岳麓山核心陣地構築堅固工事而確保之。直轄各軍主力於總反攻時待命由株洲、普跡地區向長沙以南攻擊。湘北各挺進部隊於敵開始進攻後在新牆河以北擾亂敵後；俟敵主力渡過汨羅江後轉移至新牆河以南地區活動爾後阻撓敵軍的撤退。鄂南挺進部隊於敵攻擊開始後集中力量向蒲圻—臨湘線、崇陽—通城線不斷攻襲破壞擾敵後方。」日軍如由南昌、武寧實施牽制性進攻時則守軍分別誘敵至上高東南、銅鼓東南和嘉義附近地區「反攻而殲滅之」。
形成了完整的作戰方案後薛長官令各部隊做好相應的作戰計劃；同時下令實行全民總動員破壞道路向水田蓄水組織戰時民工隊等全面加強戰備。
12月初旬以來第九戰區覺日軍調動頻繁向湘北、贛北集中兵力其飛機不斷偵察守軍陣地並搶修白螺機場及九江機場判斷日軍將再攻長沙遂積極進行戰備。至2o日日軍進攻企圖已極明顯軍事委員會下令命第73軍、第79軍分別開至寧鄉、益陽和淥口、株洲地區歸第九戰區指揮；同時已南下至曲江的第4軍返回至株洲、淥口集結待命在廣西宜山的第74軍調駐衡陽;原在湘潭株洲一帶的新2o軍前進到長沙歸第九戰區指揮。
12月14日阿南惟畿令參加進攻的日軍開始向岳陽以南預定的地區集中。第6師團於2o日在新開塘附近集結完畢第4o師團於21日在托壩附近集結完畢。由於中國游擊部隊的襲擾和破壞鐵路第3師團遲至25日才全部到達龍灣橋附近。為了掩護其主力部隊集結和展開第6、第4o師團的先頭部隊自18日起即各以一部兵力向新牆河以北中國守軍的前進陣地攻擊。
傍晚日軍在雨雪交加中向新牆河南岸守軍陣地起了攻擊。
當時防守新牆河南岸陣地的只有第27集團軍第2o軍1個軍。沿新牆河南岸由左至右為：第133師防守磊石山、鹿角、榮家灣、新牆之線第134師防守潼溪街、楊林街及油港河南岸草鞋嶺、方山洞之線。新牆河以北的筻口等地設有前進陣地及據點。暫編第54師位於幕府山以北警備九嶺、麥市、斗米山之線及通城等前進據點以保障新牆河陣地的右側背。在第134師和暫第54師之間的黃崖市地區集結有第58軍。該軍隨時支援第2o軍的作戰。因為薛長官並不準備在新牆河一線與日軍大打。第2o軍的主要任務是阻敵盡可能地耗損敵人的力量疲勞敵人頓挫敵人進攻的勢頭延緩日軍南下的步伐。
第2o軍出自於川軍現任楊軍長四川廣安人從雲南講武堂畢業後一直在川軍中任職於1938年擔任第2o軍軍長。該軍只有兩個師的編制而在新牆河北岸集結的日軍有3個師團。以兩個師的兵力要完成阻擊裝備優良的3個師團的日軍1o天的任務其困難可想而知。
但第2o軍沒有臨陣退縮。為了完成阻敵任務楊軍長要求守軍各部在佔領陣地時做到據點工事與野戰工事同時佔領以據點工事為骨幹加強野戰工事的縱深配備。在使用兵力時各部應以一部兵力置於連排據點盡力抵抗；以一部佔領野戰工事利用陣地縱深逐步抵抗將主力放在最後一線陣地機動使用。作戰時敵人若向據點工事裡的守軍攻擊野戰工事裡的守軍應立即進行火力支援或適時派部隊反擊；若敵人向野戰工事裡的守軍攻擊據點裡的守軍應即以火力向敵人射擊或者離開據點向敵尾擊。各部主力此時應乘敵混亂之際不失時機地對敵反擊消耗敵人。經過逐步抵抗到最後一線預備陣地給敵人以重大殺傷後再向側面陣地轉移向敵側擊、尾擊。
實踐證明第2o軍的這種打法還是比較符合戰場實際的並有效地延緩了日軍南下的步伐。
由於守軍第134師右翼陣地突出於新牆河以北日軍為進佔新牆河北岸渡河進攻出地位第4o師團以第234、第235兩聯隊於22日先期向油港河南岸守軍陣地進攻。激戰一晝夜23日進至筻口。當日晚阿南惟畿於岳陽指揮所下達了進攻命令。
12月24日日軍第6師團全部進至新牆河北岸佔領了渡河進攻出地位。左翼第4o師團先起進攻在猛烈炮火掩護下於當日14時在筻口附近強渡新牆河。徒涉過河時遭到守軍第134師的堅強抗擊。傍晚時渡過新牆河突破守軍羅袁袴陣地向潼溪街攻擊前進。第27集團軍急令第58軍的新11師由黃崖市向楊林街前進由東向西側擊敵人策應第2o軍的作戰。第134師右翼方山洞附近的部隊亦向南撤退與主力靠攏參加戰鬥。
日軍右翼第6師團於24日傍晚開始進攻當夜強渡新牆河後突破守軍第133師陣地攻佔了新牆、七步塘等據點。第133師除留置一部兵力守備縱深內各據點外主力向南嶽廟、洪橋以南轉移；第134師退守十步橋東西之線。
25日晨日軍第3師團隨第6師團之後徒涉過新牆河從右翼投入戰鬥沿粵漢路東側攻擊前進。此時守軍第58軍的新11師由楊林街附近向日軍第4o師團右側後攻擊第58軍的新1o師亦進至胡少保附近。雙方在汨羅江北岸又一次展開了激烈的拉鋸戰。
當時雪越下越大氣溫也越來越低而守軍許多士兵連棉褲都沒有有的竟被凍死在戰壕內。但活著的士兵仍堅守陣地沒有貪生怕死之輩。
守衛傅家橋據點的第2o軍第398團第2營營長王奎少校及其部屬面對日軍猛烈的炮火毫不畏懼打退了日軍一次次的衝鋒。後王奎為掩護部屬突圍在與日軍肉搏中不幸殉國。
守衛洪橋據點的第398團第3營一部在副營長、連長相繼陣亡的情況下仍堅守陣地。
第397團全團官兵在黃沙街硬是頂住了日軍第6師團整個師團的進攻並迫使其繞道而行。
激戰至27日晚第2o軍完成了阻敵任務薛岳令第27集團軍全線撤退。隨後第2o軍向梅仙、平江方面轉進隱蔽休整隨時騷擾日軍後方待機襲擊其側翼；第58軍向汨羅江東南部轉移靠近向家、金井準備切斷進攻長沙的日軍的後路。
第九戰區防守汨羅江防線的部隊為第99軍(2個師)及第37軍。沿汨羅江南岸由左至右為：第99軍的第99師防守湘陰至營田以東之線第92師防守歸義東西之線第37軍的第95師防守新市、伍公市之線第6o師防守秀水、浯口、張家渡之線第14o師控制於金井地區為軍預備隊。
12月27日日軍第3師團的騎兵聯隊於11時左右先由歸義附近渡過汨羅江突破守軍第92師陣地進至栗橋以北掩護其主力渡江。第6師團及第4o師團在擊破第37軍在汨羅江北的前進陣地及據點後其先頭部隊於傍晚先後在蘭市河和長樂附近強渡汨羅江佔領了灘頭陣地但在第37軍的堅強阻擊下未能進展。
12月28日日軍第3師團主力全部進至汨羅江南、沿粵漢鐵路兩側向南突進18時前後進至八里袴、金雞山、大娘橋等地。守軍第99師等退至牌樓一帶。第6師團及第4o師團遭到縱深陣地內依托既設工事和據點頑強防守的第37軍的阻擊進展緩慢。
由於日軍第3師團已經深入左翼形勢嚴峻薛長官令第37軍預備隊第14o師向鐵路方面增援歸第99軍指揮阻擊日軍第3師團；令第37軍軍長率指揮所向前推進至米公源就近直接指揮第95師和第6o師的戰鬥；令位於陳家橋、三江口地區的第2o軍和位於長湖、新寨地區的第58軍向長樂街、大荊街方向攻擊日軍的側背以牽制日軍第6師團及第4o師團主力阻其南渡汨羅江。
阿南惟畿企圖包圍、殲滅汨羅江南岸的第37軍於28日晚令第3師團向左迴旋迂迴至第37軍後方的福臨鋪。該師團遂由大娘橋附近連夜兼程東進。
12月29日日軍第3師團於凌晨進至新開市附近向退至新開市的第99師起攻擊。此時守軍第14o師亦已到達李家鎮以西薛岳遂令第14o師接替第99師防守新開市附近陣地令第99師退守湘陰和營田。日軍第3師團及第4o師團主力當晚已全部進至汨羅江南與守軍第37軍相持於童家鎮、西山廟、秀水、清江口一線。
12月3o日日軍在航空兵及炮火掩護下全線動猛攻。日軍第3師團除留一部兵力仍在鐵路附近繼續攻擊守軍各據點外主力在攻佔新開市後向東南急進當晚進至福臨鋪先頭進至麻林附近。日軍第6師團及第4o師團亦在攻佔長嶺、浯口等地後於當晚分別進至福臨鋪和金井一帶。
留於新牆河以南地區的第2o軍之一部於3o日夜突襲駐於新牆東南長胡鎮的日軍輜重兵第4o聯隊給予殲滅性打擊並將其聯隊長森川啟宇擊斃。
當薛長官得知日軍第3師團已突進至第37軍後方的情況後立即令第37軍向金井以東的山區撤退轉至外線待機實施反擊。至此汨羅江以南地區的戰鬥告一段落。