当新墙河南岸的中国军队有计划地撤向汨罗江防线时，日军第6师团、奈良支队紧追不放，跟踪南下。
然而，被中国军队和当地民众早已破坏了的交通道路，令日军的机械化优势无从施展，只能在中国军队的屁股后面徒步跟进。
25日凌晨，日军迫近汨罗江北岸。第52军主力向汨罗江南岸转移。继而，日军开始架设浮桥，准备渡过汨罗江。
但日军的第一次试渡被汨罗江南岸的守军打退了。
于是，日军便改变策略。他们派出一部分日军换上中国老百姓的服装，装扮成难民，在中国军队结合部的间隙中偷渡过江，窜到新市，准备里应外合，配合主力强渡。
同一天，日军上村支队也由西向东进犯，并攻占了归义。
第70军奉命对进占新市和归义的日军进行反击，但只克复了归义，新市仍被日军占领着。
26日，日军猛攻汨罗江南岸守军阵地，激战竟日，未能突破守军主阵地。
此时，日军第33师团仍被第20军顽强阻击于幕阜山福石岭地区，日军企图在平江地区围歼第15集团军的计划破产。
就在冈村宁次为自己围歼第15集团军的计划破产而失望时，薛岳准备在长沙郊区与日军决战的作战方案终于得到了批准。
27日，第9战区按照在长沙地区与日军决战的计划调整部署：以第2、第25、第195、第60、第77、第59师共6个师，埋伏于福临铺、上杉市、桥头驿地区和长沙及其以东地区。
第70军转移至浏阳河以南株洲、渌口市等地，沿湘赣铁路和渌水布防。
第4军占领湘潭、下摄司、渌口市之线。
第79军一个师确保幕阜山根据地，2个师协同第20军攻击桃树港之日军第33师团。
28日，日军奈良支队经瓮江向平江迂回，准备策应其第33师团作战。
日军第6师团、上村支队由汨罗江畔开始分路南进。上村支队在三姐桥、栗桥陷入第54军第14师、第50师伏击圈。
第6师团一部1000余人在福临铺遭第195师伏击，均受到重创。
29日，由新市经金井南下的日军第6师团一部3000余人又在石门痕遭到第195师的伏击。
数次遭到伏击的日军跌跌撞撞，本想继续南下，无奈心有余而力不足。只有一部日军于30日突破了中国军队在捞刀河的阵地，占领了长沙以北30多公里的永安市，这是日军此次南侵所到达的最远的地方。
坐镇咸宁指挥作战的冈村宁次自此次会战打响以来，接到的几乎全是属下报捷的消息：
赣北第106师团和佐枝支队正按计划向湘北挺进；鄂南第33师团正向汨罗江上游推进；湘北第6师团、奈良支队、上村支队已突破新墙河、汨罗江两道防线，看来拿下长沙已是指日可待了。
谁知，就在这时，战场形势突然发生急剧变化。
赣北日军硬是被中国军队给拖住了后腿，无法前进；鄂南日军虽到达汨罗江上游，与湘北日军主力会合，但中国军队主力已经后撤；湘北日军在突破国军两道防线后，中国军队已经不再死守阵地，而是采取且战且退的较为灵活的战术，而日军则开始不断遭到伏击。
这令冈村宁次大惑不解。冈村宁次一直都把自己看成是“中国通”，对中国的政治、经济、军事、文化等各方面无所不晓，特别是在军事方面，他自认对中国军队的情况非常了解，就连各个派系间的关系也都了如指掌。
自从武汉会战结束以后，他更是潜心研究了他的主要对手——由薛岳指挥的中国第9战区部队的诸方面特点。
所以，对于此次作战，冈村宁次是抱着必胜的信心的。
冈村宁次认为，武汉会战后中国军队的战斗力已日趋下降，不堪一击了。
因此，在制定这次作战计划时，他的作战课是以1个大队（编制1100人，人数相当于中国军队1个团）等同于中国军队1个师的力量来计算战斗力的。
而以前则通常以1个联队（编制3800人，略少于中国军队1个师）等同于中国军队1个师来计算。
冈村宁次也认为，如果把自己的空中优势和炮火优势加在一起，1个大队完全有把握击败中国军队的1个师。从以往的作战实践看，中国军队的1个师确实很少能打败日军的1个大队。
冈村宁次在此次作战中不但低估了中国军队的战斗力，而且，他还忽略了一个更为重要的因素，那就是当地民众的力量。
在会战开始前，当地民众在政府的组织下，和中国军队相配合，把新墙河至捞刀河之间的主要交通要道已全部破坏，就连这一地区间的土地都被翻了一层，成为新土，从而使得日军的机械化部队无从施展，其战斗力也就相应的减弱了，甚至后勤也不能完全保证。
在这种情况下，冲向长沙只能是冒险，冈村宁次仔细权衡后，最终下达了全线撤退的命令。
命令说：“华军顽强，现仍潜伏于汨水、修河两岸地区。本军为避免不利态势，应速向原阵地转进，以图战斗力之恢复，并应严密防备华军之追击。”
几十年后，冈村在回忆录中谈到这次撤军的原因时说：“军的主力既已进入长沙平地，长沙又在眼前，如乘势进攻占领长沙并不困难。但根据本次会战之目的，在大量击溃敌军后，不得不回师原地……”
显然，冈村宁次在为其撤军寻找借口。
不管怎样，从10月1日起，日军确实开始撤退了。
冈村宁次撤军的决定太出人意料，以至于薛岳在接到日军撤退的报告后，竟不敢相信这是事实。他还等着在长沙郊区与对手一决高下呢。
10月1日，进至永安市的日军首先向捞刀河以北撤退。继而，桥头驿、上杉市等地日军相继后撤。
身在前线的关麟征发现了日军撤退的迹象。他当即下令各部跟踪尾击由上杉市撤退之敌。
10月2日，第15集团军各部开始追击，当日克复上杉市。
3日，第25、第195师追击到达福临铺、金井附近。日军开始向汨罗江北岸退却。
4日，第15集团军收复长乐街、汨罗、新市等处。
直到此时，薛岳才断定日军确实在撤退，于是赶紧下令，要求各部队“以现在态势立向当面之敌猛烈追击，务于崇阳、岳阳以南地区捕捉之”。
“对敌之收容部队，可派一部监视、扫荡之，主力力行超越追击”。
但为时已晚，日军大部已渡过汨罗江。
至10月14日，赣北、鄂南、湘北各战场均恢复到战前态势，第一次长沙会战结束。
第一次长沙战役结束，但它给予中国人民的是兴奋、扬眉吐气！
看，岳麓山顶，云麓宫旁，一块青石碑竖立在六角亭内。
这块立于1948年的石碑是为纪念长沙会战胜利而设立的，碑刻记述了1939年9月起国民革命军陆军第九战区全体将士奋勇抗日的悲壮事迹。
这里面就包括着第一次长沙战役。
1938年10月，历时138天后，武汉失守。1939年5月，仅仅53天，南昌失守。
长沙作为抗日战争战略相持阶段重要的战略要点日益凸显，这里不仅是国民政府粮草、兵员的重要供给基地，也是扼守我国西南地区战略大后方的门户！
一旦长沙失守，不仅湘西岌岌可危，重庆也将暴露在日军的铁骑之下。
1939年9月，日军第11军司令官冈村宁次集结10万余兵力，由赣北、鄂南、湘北分兵进犯长沙，企图在短期内将主要驻守湖南、鄂南、赣省的中国第九战区主力歼灭。
国民党第九战区代司令长官薛岳为保卫长沙，采取以湘北为防御重点，“后退决战”“争取外翼”的作战方针，调动30多个师和3个挺进纵队，共约24万多人参加此次战役。
凭借着诱敌深入、伏而击之的战术，一支又一支日本军队落入其包围网，南下最远的仅是一支日军残部，止步于长沙以北30多公里的永安市。
两年后，日军再次在湘北岳阳以南地区集结12万余人，向中国军队展开攻势。此次战役日军兵力集中，日军第四师团遂突入长沙城。但是由于其他战区均趁日军集结兵力攻击长沙之时主动出击收复城池，日军被迫放弃了刚刚占领了两天的长沙城，仓皇北撤。第二次长沙会战历时一个月，中国军队共歼灭日军3万余人，击落飞机6架，击沉汽艇9艘，使日军妄图一举歼灭第九战区主力的计划失败。
以伏击、诱击、侧击、尾击等方式，分段消耗敌军的兵力与士气，最后把敌人“拖”到决战地区，再狠狠围歼
薛岳根据前两次长沙会战的经验教训创立了“天炉战法”，这套战法在随后的第三次长沙会战中取得了出色的战果。
1942年年初，驻武汉的日本部队6万余人进军湘北，用以牵制第九战区之兵力，负责掩护香港方向的行动，第三次长沙会战随即拉开序幕。
中国军队沿着新墙河、汨罗江逐级抵抗，头脑发热的日军指挥官阿南惟几坚持向长沙进军，却没想到早就掉入薛岳设计好的“口袋”中，陷入重重包围。
合围之下，日军全面溃退，最终被歼灭5万余人，此后两年都没有在中国战场发动大规模攻势。
“三次长沙会战，沉重地打击了日本侵华军队，粉碎了日本消灭中国军队主力、‘以战迫降’的战略目标，振奋了全国人民抗战胜利的信心。”
湖南师范大学中共党史研究所所长谭献民对记者说，“除了国民党的正面抵抗，共产党的敌后抗战对于保卫长沙也起着至关重要的作用。”
“七七事变”后，周恩来、徐特立、叶剑英等共产党人得以来湘开展广泛的抗日统战活动，国军将领张治中主政的湖南省政府与中共湖南省工委以及八路军驻湘通讯处团结合作，鼓舞广大人民群众积极参与抗战。
在会战开始前，当地民众在政府的组织下与中国军队互相配合，把新墙河至捞刀河之间的主要交通要道全部破坏，这一地区的土地都被翻了一层，成为新土，从而使日军的机械化部队无从施展，致使其战斗力大大减弱。
“当时，日寇以18万之众，兵分六路进攻长沙，全体将士浴血奋战，忠勇用命，人民协同，合围设伏，取得歼敌3万的胜利。”长沙会战纪念碑旁的介绍石上，寥寥几笔就勾勒出一群舍身为国的英勇战士抛头颅、洒热血的英雄形象。
作为长沙保卫战的核心阵地，岳麓山周围至今仍保留着大量战争遗迹以及纪念建筑。沿着爱晚亭后的小径行走200多米，长沙会战第九战区司令部临时指挥所旧址及各处炮兵阵地、作战壕沟等战事遗存似乎仍在诉说着那段悲壮的历史故事。
岳麓山脚下，湖南师范大学校园里的七十三军抗战烈士公墓已经成为国家级抗战纪念设施，重新修建的麓山忠烈祠被命名为湖南省爱国主义教育基地。
每年“七七”“九三”等抗战纪念日都会有大中小学生、社会团体等在此举行缅怀英烈活动，用这个方式纪念在长沙会战中守卫国土的英勇将士。