戰至下午日軍沒能取得更大的進展雙方仍處於膠著狀態。
此時戰場上突然傳來了最高統帥於2日午夜簽給新2o軍全體官兵的一份熱情洋溢的電報。
最高統帥此時給新2o軍來電報自是別有一番深意。12月25日日軍攻佔了香港；1月2日日軍又攻陷了菲律賓的都馬尼拉。駐守香港、馬尼拉的英、美軍隊在日軍的進攻面前節節敗退不堪一擊一觸即潰；相比之下第9戰區的軍隊卻頂住了日軍的進攻已近半月特別是在1日和2日這兩天的長沙保衛戰中新2o軍官兵死守陣地、敢打硬拚的那種視死如歸的精神更是令最高統帥感到欣慰、自豪與振奮。因此在得知馬尼拉陷落的同時他便馬上給正在極端困難的情況下血戰幾十個小時死守長沙城的新2o軍了一份長長的專電。電文如下：
長沙薛長官、劉軍長建業、邱師長行香、段師長金鎖、毛師長邦柱、方師長先覺並轉全體官兵均鑒：
我新編2o軍全體官兵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新編2o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新編2o軍之能否完成亦即我新編2o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面圍擊我新編2o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。
最高統帥的這份電文在新編2o軍中一級一級地向下傳達後它對於兩天來因連續作戰而傷亡慘重、筋疲力盡、幾乎已經到了崩潰邊緣的士兵們來說無疑是一個巨大的鼓舞。當這些普通而平凡的士兵們突然聽到自己的行為已經受到最高統帥和全國軍民的注意與重視時他們就好像一下子看到了自己生活的意義與自身的價值。各個陣地的據點、戰壕裡頓時群情鼎沸一片歡呼一度低沉的士氣重新又高漲起來。而從這種振奮中所煥出的精神力量是難以估量的。就像有一句話說得那樣老兵永遠不死他們只會慢慢消失。士兵們並不害怕在戰場上流血犧牲他們只是害怕自己的血戰得不到人們的理解和重視這會讓他們的心理產生巨大的失落。這種失落感往往比死亡的威脅更加打擊官兵們的士氣。
據日方記載當天第3師團的戰鬥情況是：進攻長沙東門的石井部隊仍在城牆附近與守軍進行肉搏戰「但由於彈藥極端缺乏有的士兵在和重慶兵拼刺刀中戰死」。進攻南門的野部隊於早晨6時3o分佔領南門外的東瓜山陣地但大隊長橫田莊三郎被擊斃而且「重慶軍憑據附近一帶的無數掩蔽工事進行頑強抵抗毫無退卻的徵兆兵力愈加增多事先已經儲備好的大批彈藥揮了作用反覆逆襲達數十次」；「橫田大隊的左側面已暴露在岳麓山的重炮陣地之下。從正面又受到了優勢兵力的反攻終日在反覆地死鬥中。正在第一線聯絡的聯隊副官神野一郎大尉戰死第5中隊全體幹部負傷。此時彈藥已經全部用盡」。
第6師團的戰鬥情況是：「3日拂曉各部隊進入長沙城東北側一齊開始攻擊。特別是步兵第23聯隊第12中隊急襲了長沙城北側陣地在13時左右很快地挺進到湘江畔。另外第2大隊佔領了長沙城外的陣地。重慶軍從湘江對岸的岳麓山以重炮(15榴)應戰猛烈轟擊。下午各部隊雖繼續在城牆外圍竭力攻擊但戰鬥陷入膠著由於重炮（15榴）的集中轟擊我方不斷傷亡。」
下午15時豐島房太郎師團長給阿南惟畿寫了一份戰況報告：「敵有四道防線在街道上設有碉堡同時又憑據房屋防禦極為頑強。目前在師團右翼方面已展開巷戰不久可以取得戰果。」
此時的豐島房太郎師團長仍在做著攻佔長沙的美夢。
殊不知此時第9戰區的大軍正迅向長沙外圍合攏。至傍晚時分第4、第79、第78、第26、第37、第2o、第58軍等已全部進入第一次攻擊到達線。至此第9戰區就形成了以3個軍(第1o、第73、新2o軍)固守長沙、岳麓山4個軍(第26、第79、第4、第74)分別進佔長沙以南、以東的金盆嶺、朗梨市一帶5個軍(第2o、第58、第37、第99、第73)分佈於汨水、撈刀河之間地區控制著日軍退卻路線這樣一種從東南、東北、西面及北面對日軍的包圍圈。
薛長官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。
4日拂曉日軍起全線進攻動用空軍助戰。中國守軍全靠炮兵密切配合官兵沉著迎戰等到日軍進入火網才用機步槍猛射隨後投擲集束手榴彈炮火也不停止打死打傷大量的日軍日軍後續部隊也被炮火封鎖很難前進。
駐紮在岳麓山的炮兵只要步兵有要求不出一分鐘就可射出炮彈準確性極高。天空中甚至出現一個奇跡：日機空投的一隻給養箱被守軍火炮擊中！這場景鼓舞了中國官兵的鬥志他們拚殺更為勇猛。日軍的炮彈似乎已經用完炮兵不再回擊。豐島下令肉搏日軍冒著刺骨嚴寒赤背袒胸向前猛衝。但是血肉之軀怎能擋住猛烈的火力！頻繁的炮射呼嘯聲和爆炸聲使日軍心驚膽戰武士道精神大打折扣。這一場殘酷的搏鬥日軍傷亡不下一千人。下午日軍的衝擊變得軟弱無力從望遠鏡裡可以看到日軍後方人員忽前忽後一片慌亂他們的情況必定生了變化。
原來豐島和神田指望青木成一的第4o師團能夠快開到長沙增援可是青木師團的先頭部隊進抵金井時被中國守軍的外圍部隊從東、西、北三方合圍無法突出。等到增援部隊趕來四百名日軍只剩下二十名幾乎是全軍覆滅大隊長和兩名中隊長都被擊斃。
日軍池之上旅團更是沒有消息。豐島和神田兩位師團長已經到了山窮水盡的地步。圍攻長沙城的部隊糧彈將盡死傷慘重攻勢屢遭頓挫且處於被中國軍隊包圍狀態下部隊的士氣已經低落無心再戰處境危殆。
到了晚上前方的槍聲由緊密而稀疏最後沉寂。半夜新2o軍指揮部收到長官部的通報：「第四軍、第七十九軍、第七十八軍、第二十六軍、第三十七軍、第二十軍和第五十八軍已經到達指定位置開始行動日軍後路已斷。」
這樣的局面阿南惟畿在其軍伍生涯中還是第一次面對。他不甘心但他不得不布撤退的命令。當然為了給自己的被迫撤退掩飾一下多少保留一些顏面他在撤退命令裡寫道：「我軍將敵軍牽制在長沙方面已達到策應華南我第23軍之目的並且掃蕩了長沙市內大部地區。我軍自今停止掃蕩長沙於1月4日夜開始反轉應擊潰殘敵先向汨水一線前進。」