第四师团，虽曾一度攻入长沙市区，日军的第三师团，也曾攻到南方的株州，但在薛岳的布局之下，日军由于主力一直受到牵制缺乏足够的攻城兵力，无法攻占长沙。

不久后，由于日军第十一军六成以上的兵力被薛岳部队拖在长沙外围，就使第十一军原来的防地兵力空虚，也致使国军第六战区司令官陈诚及时抓住了战机，他发现驻守宜昌的日军第十三师团兵力，只剩下三分之二，因此决定调集第六战区国军主力，全力强攻宜昌。

九月二十六日，国军向宜昌发动猛攻，第十三师团长内山英太郎中将见宜昌被国军四面强攻，而主力部队又被薛岳牵制住，因此急向阿南以及日本中国派遣军司令部求救。

而宜昌的战略地位极其重要，它既可以威胁重庆，又切断了两湖粮仓与大后方的联系；另一方面攻占宜昌是日本天皇裕仁亲自下的作战命令，假如宜昌被国军夺回，则对日军的对华作战信心将是极大的打击，一心求表现的阿南惟顾不得长沙城，下令在湖南的日军立刻全力攻向宜昌。

薛岳及时抓住战机，将长沙外围的六个军同时发动逆袭，同时命令于北岸的第四军、第二十军、第五十八军南渡汨罗江，南北夹击。日军第十一军损失惨重，狼狈逃窜。

[第三次长沙保卫战]

第二次长沙会战之后适值日本东条英机组阁，为行南进政策，遂策动太平洋战争。日军大本营担心第九战区国军南下支援驻港的英军，因此，命阿南惟几指挥包括4个师团及航空兵一部共12万人，向长沙方向发动进攻，另以一部向上高、修水进攻，以牵制国军，企图在汨罗江两岸，歼灭国军第9战区主力。薛岳在太平洋战场上盟军接连失利的情况下取得了长沙大捷。

日军对长沙久攻不下并不甘心，日军自进入中国以来，象这样数万名兵力向一个重要城市进攻还没有失败的先例。于是，当年12月中旬，他们便气势汹汹，毫无顾忌地向长沙进犯。侵华日军最高指挥官冈村宁次大将亲自指挥了十万大军向长沙发起了更为激烈的猖狂进攻。对于这一战，薛岳的部队也是上下全面动员，准备与敌军进行一次殊死搏斗。薛岳当时向全军号令，“我若在战斗中阵亡，立即由副司令长官罗卓英将军替代我指挥战斗，各级军师旅团，直到营连排班，都要明确，第一号指挥官若阵亡了就由谁来接替指挥，军人为保卫国家而沙场捐躯，死而无憾。”当时追随薛岳将军抗击日寇的还有杨森，王陵基，关麟征，李玉堂等国民党名将，他们都带领着部队官兵站在了战斗的最前线。

就在战斗进行到最为激烈的时候，薛岳站在一间四面都挂满了军事地图的作战室内，连续几天几夜不眠不休，两眼红肿如钢铃，不断地下达着新的作战命令。有的高级参谋人员实在熬不住了，薛岳就让他们轮流休息，他自己仍然精力旺盛地指挥战斗。直到最后，薛岳不顾自己的安危，把他身边的兵力全部都调到了前线，结果司令部差点被一股日军袭击了过来。幸好还有一个警卫营拼死抵抗，才算保住了最高指挥官薛岳的生命安全。

为了这次战役，薛岳已经检讨了两次日军进攻长沙的得失，自创了闻名中外的“天炉战法”，早已布好了“反包围”的阵势，先以一支小部队将敌军引入尚未燃烧的“火炉”之中，再以三面大包围的方式，与正面引敌的部队一道，同时把“炉火”点燃，使得数万敌兵顿时象在一座天炉之中被烧烤一样。依薛岳的叙述：天炉战法是先调遣士兵往四方撤，让敌人长驱直入。待敌人进来后，再伏击、诱击、侧击、尾击，分段一举包围歼灭。一方面消耗敌人体力，一方面打击敌人。

此时阿南惟几完全中了薛岳的策略，日军强袭长沙并于于市区与国军爆发激烈的巷战，阿南惟几眼见先锋部队已经进入长沙城内，认为凭自己的主力军，拿下长沙已是十拿九稳，所以就抢先回报日军总部，宣布第十一军已经攻克长沙，这个消息对于两次长沙之役均失败的日本而言，当然是立刻发布新闻，并举国庆祝攻下长沙，洗前大耻。