會戰前國內外形勢：
民國三十年元月上旬，德於進攻波蘭後，繼攻蘇聯，德蘇大戰遂爆發。根據日人判斷，德攻蘇，戰爭必將延長，乃放棄其攻蘇政策（日關東軍原對付蘇聯），安心實行南進，以爭奪太平洋霸權。七月下旬，日軍進佔越南南部，為其南進根據地，且對我各戰區加強攻勢，轟炸我後方都市、工廠，並發動第二次長沙會戰，企圖消滅國軍實力，使我不能反攻，以免妨礙其南進政策。
敵我戰鬪序列（民國三十年八月中旬）
甲、敵軍
第十一軍司令官阿南惟畿
第三師團
第四師團
第六師團
第四十師團
第十三師團一部
第三十三師團一部
獨立第十四旅團
獨立第十八旅團
獨立砲兵聯隊
獨立工兵聯隊
航空聯隊（飛機約百架）
兵艦二十多艘、汽艇二百多艘，總兵力約十二萬多人
乙、我軍（民國三十年八月中旬）
第九戰區司令長官薛岳
副司令長官羅卓英
第十九集團軍兼總司令羅卓英
新編第三軍楊宏光
第二挺進縱隊康景濂
贛省保安縱隊熊濱
副司令長官王陵基
第卅集團軍總司令王陵基
七十八軍夏首勳
湘鄂贛邊區挺進軍總指揮李默庵
副司令長官楊森
第廿七集團軍總司令楊森
第二十軍楊漢域
第五十八軍孫渡
第四軍歐震
第七十二軍韓全樸
第二十六軍蕭之楚
第三十七軍陳沛
第九十九軍傅仲芳
第十軍李玉堂
暫編第二軍鄒洪
第七十九軍夏楚中
第七十四軍王耀武
工兵指揮官朱煥庭
計：陸軍步兵師四十師，共約十八萬人
敵軍部署：民國三十年八月中旬以來，敵抽調鄂北之第三、四兩師團與第十三師團一聯隊、獨立第十旅團一部，及贛北之第三十三師團一部、獨立第十四旅團一部，先後向臨湘、岳陽集中，會同守備鄂北之第六師團、鄂南之第四十師團，及兵艦二十艘、汽艇二百餘艘，配合航空兵團，總兵力約十二萬多人，由第十一軍司令官阿南惟畿指揮，向長沙作第二次進犯。
我軍部署：第九戰區本第一次作戰部署要領，以主力分佈新牆河以南，至瀏陽、撈刀河地區，憑既設陣地，阻止抵抗，誘敵深入，並適時由平江、瀏河、株州等地區向敵轉移攻勢，包圍而殲滅之。
軍委會令第三、五、六戰區同時發動攻勢，牽制當面之敵，使九戰區作戰容易。贛北方面，第十九集團軍守備梁家渡。靖安方面，第三十集團軍守備武寧、九宮山一帶。湘北方面，第二十七集團軍守備楊苦林、通城等地，第九十九軍守歸義、營田、湘陰；第三十七軍守長樂街、甕江；第二十六軍集結瀏陽、金井一帶；第十軍集結衡山，第九軍守長沙。
作戰經過：
敵第十一軍之第六師團，有一旅團於三十年九月十七日為掩護其主力之集中與展開，由忠坊、西塘向大雲山陣地攻擊，其主力則分由港口、潼溪市向新牆河強渡，經我第四軍、第二十軍、第五八軍於楊林街、洪羅江北岸猛烈截擊後，敵轉至汨羅江岸，三十日，敵由黃棠、浯口、長樂、新市、歸義等處分路強渡，經我守軍第三十七軍及增援之第十軍、二十六軍奮力阻擊，敵消耗甚大。後敵強渡汨羅河，且以一部經甕江迂迴我右翼，向金井前進，同時正面之敵向福臨鋪、三姐橋主陣地猛攻；我誘敵深入，經過逐次抵抗後，敵向撈刀、瀏陽河地區預設決戰地帶轉移。至二十六日晨，敵右翼由長沙街迂迴東南，另一部迂迴長沙東面，主力向長沙猛攻。敵便衣隊一部竄入長沙市，另一部快速部隊則向株州流竄，且以傘兵降落第一線後方擾亂，均經我軍先後殲滅。同時我調集第四軍、第二十軍、第五十八軍、第七十二軍、第二十六軍、第七十四軍、第三十七軍、第十軍、暫編第二軍、第七十九軍，共十個軍，先後趕至指定地區，將敵四面包圍，雙方傷亡很重。敵在平江方面後路為第四軍、五十八軍截斷，補給困難，勢難持久；同時我第三、五、六各戰區，各將當面之敵牽制，使其不能轉用，敵於九月三十日始向北突圍退卻，被我軍於汨羅河以南、撈刀河以北分段截擊、側擊、尾擊，傷亡很大，我鹵獲敵步槍一三四七枝，機槍五十八挺，山砲六門，步砲九門，騾馬八七一匹，擊落敵機三架，毀汽艇七艘，其他軍用品不計其數，敵退回鄂南原防，會戰告終。