日軍第11軍發動這次進攻的戰役企圖本為策應其第23軍攻占香港和南方軍的作戰，以牽製中國第九戰區的兵力，不使南下，所以原定的作戰計劃是進至汨羅江以南地區，給予守軍第37軍以重創後即撤回原防地，並無攻占長沙的目的。但是，一心想要在中國軍隊身上挽回顏麵，為帝國立下赫赫功勳的阿南惟畿在作戰之初即有乘勢攻略長沙的意圖，隻是當時考慮到東京大本營和“中國派遣軍”的態度，沒有能夠直接提出來，而第3師團師團長豐島房太郎亦有相同的想法，曾兩次向阿南惟畿提出建議。當日軍渡過新牆河、迅速進至汨羅江北岸時，阿南惟畿認為進攻開始以來進展順利，又得到長沙守軍暫編第2軍南下、現市區兵力薄弱的情報，遂準備渡過汨羅江後繼續南下，攻占長沙。當阿南惟畿在軍司令部裏提出自己的設想時，軍部參謀們認為本次作戰目的主要在於策應香港作戰，現香港已為日軍占領(25日攻占香港)，那麽部隊就應按原計劃撤回原防，是否進攻長沙必須慎重考慮。固執刻板的阿南惟畿沒有采納參謀們的意見，向“中國派遣軍”發去請求進攻長沙的電報。27日、28日，阿南惟畿均未收到“中國派遣軍”的批複。29日，阿南接到航空兵的偵察報告，說“中國軍已向長沙退卻”，認為正是乘勢攻占長沙的良好戰機，遂獨斷決定改變原作戰計劃，向長沙追擊，並分別向“中國派遣軍”總司令部和大本營陸軍部申訴理由，請求認批。當晚，在沒有得到明確授權的情況下，阿南惟畿自作主張下達了進攻長沙的命令。其主要內容為：
1．敵有向長沙和金井方向退卻之跡象。
2．軍決定以主力向長沙方向追擊。
3．第3師團應迅速由近路向長沙追擊。
4．第6師團擊潰麻石山、鴨婆山附近之敵後，應以主力追擊梨市之敵，另以一部向長沙方麵追擊。
5．第40師團以一部留在浯口附近，主力進入麻峰嘴附近後，應向金井急進。
6．獨立混成第9旅團應向關王橋急進，一並指揮澤支隊在汨水以北掩護軍左側背的安全。
另將外園支隊(以獨立混成第18旅團獨立步兵第95大隊為主編成)調來參戰。
日軍第3師團接到進攻長沙的命令後立即發起追擊，晝夜兼程前進。30日夜，第3師團到達楓林港，留騎兵聯隊向北警戒，主力渡過撈刀河，經碑樓鋪、梨市，渡過瀏陽河，經東山向長沙東南郊前進。第6師團在航空兵支援下進至梨市渡河點附近擔任警戒，並作為第二梯隊。第40師團進至金井一帶，牽製東麵山區的中國軍隊，掩護第3、第6師團的後方。獨立混成第9旅團29日到達嶽陽，立即向關王橋前進，以保障進攻主力的側背安全。
當日軍此番大舉南下，再次逐漸逼近長沙時，薛長官也做好了全麵迎敵的準備。
為了就近指揮和督促各部作戰，12月30日，薛長官將他的戰時指揮所從長沙的二裏牌，搬遷到瀕臨前線的嶽麓山上。
在此之前，他把省政府機關及所屬各廳局遷到了茶陵；把第9戰區司令部，遷到了耒陽；把他的夫人和孩子也都送到了後方。他隻身帶著一些作戰參謀人員及必要的保衛人員，留在長沙。
此時，汨羅江以南的第37軍、第99軍仍在頑強抗擊著當麵的日軍第40、第6師團及第3師團。薛長官見南犯的日軍已全部進入了“爐膛”，這才命令該兩軍按照原定計劃，讓開中間，撤向兩廂，養精蓄銳，待機反攻。入夜後，第37軍陳軍長率部由浯口以南向東麵的社港地區後撤；第99軍則在傅軍長的一聲令下，從歸義退向湘江沿岸的營田與湘陰一線。而留在敵後的第27集團軍陽總司令則令所部襲擊了駐新牆東南長胡鎮的日軍輜重兵第40聯隊，使其傷亡慘重，聯隊長森川啟宇中佐也被擊斃。
是日，重慶的最高統帥根據連日來的戰場情況已判斷出日軍有沿粵漢線逐步推進、攻占長沙之企圖。他擔心第9戰區二線部隊被迫投入戰鬥而影響日後的決戰，遂給薛長官發了一封電報：
“一、敵似有沿鐵道線逐步推進攻占長沙之企圖。二、該戰區在長沙附近決戰時，為防敵以一部向長沙牽製，先以主力強迫我第二線兵團決戰，然後圍攻長沙，我應以第二線兵團距離於戰場較遠地區，保持外線有利態勢，以確保機動之自由，使敵先攻長沙，乘其攻擊頓挫，同時集舉各方全力，一舉向敵圍擊，以主動地位把握為要。”
最高統帥的意見與薛長官的想法不謀而合。為鼓舞士氣，堅定殲敵決心，薛長官於當天下午13時又以“卅午忠電”訓令各部：
第三次長沙會戰，關係國家存亡，國際局勢之巨。本會戰職有必死決心，必勝信念。為捕拿戰機，殲滅敵人，獲得偉大戰果計，經規定下列三事，分電各部遵辦：(1)各集團軍總司令、軍長、師長務確實掌握部隊，親往前線指揮，俾能適時捕拿戰機，殲滅敵人。(2)職如戰死，即以羅副長官代行職務，按之計劃圍殲敵人，總司令、軍、師、團、營、連長如戰死，即以副主官或次級資深主官代行職務。(3)各總司令、軍、師、團、營、連長倘有作戰不力，遺(貽)誤戰機者，即按革命軍連坐法議處，決不姑寬。
他將此意分電各部的同時，又致電報給最高統帥。
然後，薛長官以第九戰區名義當即向各部隊下達如下命令：
1．戰區決定以各兵團向長沙外圍之敵軍，行求心攻擊聚殲之。
2．楊副長官指揮第58軍，由長樂街經栗山港、青山市向安沙，第20軍由清江口經福臨鋪向石子鋪索敵攻擊。攻擊到達線第一次為三姐橋、安沙，第二次為傅家衝、周婆塘之線。
3．王副長官指揮第37軍(缺第140師)由甕江經脫甲店、上沙市向望仙橋，第78軍由三角塘、更鼓台經金井、春華山向長橋索敵攻擊。攻擊到達線第一次為春華山、東林市，第二次為大灣港、長橋之線。
4．羅副長官指揮第26軍主力由洞陽市經永安市向朗梨市，一部由江花橋經永安市協助軍主力索敵攻擊。第79軍(附194師)主力由金潭向黃花市以南，一部由渡頭向柞山橋索敵攻擊。攻擊到達線第一次為東林市、柞山橋、大托鋪之線，第二次為朗梨市、東山、金盆嶺之線。
5．新20軍固守長沙及水陸洲，第10軍和第73軍固守嶽麓山，俟各兵團到達第二次攻擊到達線時，即斷行反攻。
6．第99軍(附140師)以第197師固守湘江西岸及洞庭湖南岸原防；第92師由三姐橋經橋頭驛、第140師由栗橋經官橋向撈刀河之敵攻擊。攻擊到達線第一次為橋頭驛、官橋之線，第二次為撈刀河市附近。第99師固守雙獅洞、湘陰、營田，並以一部由明月山、雙獅洞向栗橋、福臨鋪側擊敵軍，截斷敵補給線。
開始攻擊之時間，另行規定。
12月31日，薛長官得到報告：日軍主力已分別到達長沙外圍附近，第40師團一部到達長沙以東的永安市附近，主力在上杉市以南地區；第6師團一部到達朗梨市附近，主力在麻林市以南地區；第3師團一部到達石子鋪附近，主力在唐田廟附近。第二線兵團的日軍獨立混成第9旅團、外園支隊、小澤支隊、野口支隊分別到達汨水以北地區，向南繼續前進。
於是，薛長官下達了總攻命令：“各部從1942年元月1日子夜開始攻擊，限元月4日晚到達第一次攻擊到達線。”
一場大規模的圍殲戰即將展開。
1941年12月30日，長沙城外，嶽麓山下的嶽麓書院，現在的第九戰區戰時指揮所。
“仲良，這一次又要由你來堅守長沙城了。”薛長官操著一口的廣東口音說。
“長官放心，這一次，卑職別的不敢說，這次小鬼子想要占領長沙，恐怕又要讓他們失望了。”劉建業充滿自信的說道。
“這麽有信心？有什麽根據嗎？”薛長官清楚，國軍的將領們大多數都寧願野戰，也不願意守城。唯獨這個劉建業似乎甘心情願的守城，而且還似乎有一些樂此不疲。
“卑職既然敢這麽說，那自然是有充足的根據，否則，那就是我在放大話。軍中無戲言的道理，卑職還是明白的。”
“把你的根據說一說看看。”
劉建業從椅子上站了起來，走到牆上懸掛的大幅戰區敵我態勢圖前，拿起了指揮棒。
“長官請看，敵人這幾個師團它們的進攻路線和前幾個月時候他們進攻長沙時候的路線有多少的不同？”劉建業指著日軍的幾個主力師團的進攻路線問著。
“看上去好像是差不多。”薛長官若有所思地說著。
“不是好象差不多，而是幾乎完全相同。他們連上一次在大雲山地區的佯動都沒有，就直接的發動進攻，純粹就是想依靠兵力和火力的優勢，如法炮製，照方抓藥。阿南這個人，要論水平，還是有一些，就是有一點即使他的優點也是他的弱點。他的這一點說好聽一點，叫做執著，說得難聽一點，叫做固執，說得更難聽一點，就是剛愎自用。他上一次的戰術的確打了我們一個措手不及，出乎我們的意料，打得我們一度狼狽不堪，如果不是我軍出與敵人後方的部隊襲擊了對方的後勤供應線，斷了敵人的給養，恐怕我們真的隻能被迫拱手讓出長沙城了。但是，這一次，他自以為摸清了我們的戰法，還想用與上一次完全相同的戰法和進攻路線來繼續打擊我們，那就是太小看我們了。《孫子兵法》的《虛實》篇裏說‘夫兵形象水，水之行，避高而趨下；兵之形，避實而擊虛。水因地而製流，兵因敵而製勝。故兵無常勢，水無常形，能因敵變化而取勝者，謂之神。’水中充滿了變化和製勝的哲學，一個是不局限於規則，另外一個就是講究實用，非常靈活。阿南以為他上一次的成功經驗，根本不用再做變化，就直接再套用到這一次的進攻作戰，還能夠像上一次一樣占到那麽大的便宜，那就實在是太小看我們了。難道我們都沒有長腦子嗎？我們上一次中了他的招，吃了悶虧，難道，我們就不知道總結檢討嗎？我們就不會做好準備，主動求變嗎？所以，從全局上來講，他們這一次的進攻，隻要我方這裏不出現意外情況，他們是必敗無疑。”劉建業顯得十分自信。
“話雖如此，但是敵人這一次畢竟還是出動了不少的部隊，而且，現在他們的主力部隊距離長沙已經不遠了。”薛長官提醒道。
“他們既然照方抓藥，我就趕來一個如法炮製，以不變應萬變。再說，長沙城也不算大，擺不開太多的進攻部隊，敵人最多隻能擺出兩個師團，而且還不能是師團全部。隻要我軍能夠得到足夠的火力支援，湘江西岸始終在我方手裏，必要時候，我軍可以得到來自西岸的補充，我對於守住長沙城有充分的信心。”
“那你需要什麽？”薛長官說道。