第三次長沙會戰是在太平洋戰爭爆發後打響的。有人說蔣介石稱不上是一個高明的戰術家，但他起碼是一個有遠見的戰略家，在抗戰的頭四年，一遇到局面快撐不住，蔣介石就給國人打氣，說再撐一下吧，如果我們再撐一下，國際形勢肯定能轉變。
確如其言，進入1942年初，國際形勢真的發生了根本性變化。日本在珍珠港對美國不宣而戰，將盟國拖入了亞太戰事，中國不用再獨自抵抗了。
1942年春，美國出動機群對東京實施了轟炸。轟炸結束後，飛機原擬飛往第三戰區衢州機場進行降落，雖然因氣候惡劣等原因，飛行員沒能如期在機場降落，但衢州機場由此成了日軍的眼中釘、肉中刺，必欲除之而後快。
五月中旬，總部駐上海的日軍第十三軍集中十餘萬兵力，開始沿浙贛路發動大規模進攻。5月26日，日軍第十三軍總部獲得情報，得知被中國稱為「虎部隊」的七十四軍已進入第三戰區。
春華山一役，七十四軍儘管受挫，但其強悍的作戰能力以及重創日軍的戰鬥過程仍令日軍指揮層感到後怕，驚嘆七十四軍是「一支相當活躍的軍隊」。七十四軍曾經在戰場上消失了一段時間，如今復出江湖，自然是善者不來，來者不善，因此這一情報立刻引起了日軍第十三軍的高度關注。
情報並沒有透露七十四軍的具體位置。日軍第十三軍總部推斷，七十四軍會被部署在預想中的衢州附近陣地，進攻該區域附近的可能性也極大。
情報是真的，推斷也大致差不離。其實在日軍發起進攻之前，中國統帥部也提前偵知了日軍的此次作戰計畫，並對此做了準備。
第三戰區處於長江下游的敵後區域，所轄部隊不是雜牌就是游擊隊，無論裝備還是戰鬥力都無法和長江中游的主力戰區相比。於是軍委會臨時決定調入七十四軍等部，以增強第三戰區的實力。
按照預定作戰計畫，第三戰區將以衢州為核心與敵決戰。這一作戰計畫也基本上是套用了內地戰區「後退決戰」的成熟經驗。
七十四軍被控置於衢州外圍，準備在一線兵團挫敵鋒芒後，再以逸待勞進行反擊。在七十四軍進入第三戰區後，蔣介石專門指示，對七十四軍所在位置及行動須嚴格保密，任何人不準泄露，電報往來中更不得提及，所以日軍第十三軍儘管能夠截獲和破譯中方密電，但卻無法掌握七十四軍的具體位置和行止。
5月27日，西進日軍集結於衢州東南方向，開始在七十四軍的正面展開搜索。此前七十四軍已在衡山的石灣經過將近五個月的持續整訓，損失兵員和戰力得到了全面恢複，官兵們的作戰慾望都很強。五十一師首先與日軍第二十二師團接戰，雙方激戰兩天，處於相持不下的狀態。
三戰區作為落後戰區，兵站輜重非常不健全，當時江南又正值梅雨季節，趕上了六十年未遇的大暴雨，山洪暴發將橋樑都給衝垮了，導致原先就不足的輸送能力更加薄弱。七十四軍後勤補給的困難很大，本應補發的四百萬發彈藥只實得五十萬發，軍糧也運不上來，曾經有好幾天全軍不得不在山裡靠喝粥度日。這些不利條件毫無疑問地都影響和限制了七十四軍的發揮，但王牌就是王牌，在五十一師的阻擊下，日軍第二十二師團死活沖不過去，氣急敗壞之下乾脆選擇繞過了五十一師陣地。
五十一師後面是五十八師，日軍第二十二師團還是過不去，並遭到了異乎尋常的強力抵抗，而其他方向的日軍卻幾乎未遇任何阻力便到達了預定地點。日軍第十三軍總部感到很是吃驚，由此懷疑七十四軍可能就潛藏於日軍第二十二師團對面的山區之中。
為了找到七十四軍，日軍嘗試了很多偵察方法。他們很早就認識到，包括第七十四軍在內的「中央軍」以黃埔系軍官為骨幹，而黃埔系提倡國家至上，民族至上，在抗戰問題上毫不猶疑，異常堅決。這樣的部隊不易策動叛變和通過內線獲得情報，最好的辦法還是通過無線電偵聽和破譯密碼，來了解其動態。
日軍第十一軍動用了多部測向器，以偵察七十四軍電台的位置。因為按照當時中國軍隊的通行做法，無線電台總是靠近指揮機關，測出電台位置也就知道了該指揮機關的地點。
就在日軍實施測向的同時，一個意外事件讓他們原先的猜測得到完全證實。5月31日，日軍第二十二師團在公路上截獲一輛中方軍車，車上乘有一名七十四軍的副官。在該副官中彈犧牲後，日軍從他身上搜到了一些文件和無線電情報，由此得知七十四軍就在衢州以南的山區，軍部及其三個師的具體位置也都被一一確定。