第一次长沙会战结束后，薛岳将军深刻地体会到破坏交通线的重要性，动员并训练了湘北民众破坏敌军交通线的能力，湖南人骨子里好勇斗狠的精神再次被激发起来，积极配合军队在战斗前突击破坏所有能想得到的行军路线。
薛将军为了逐步袭击日军，将第九战区的阵地向前推了几公里到数十公里不等。在军力安排方面，薛将军把第一次长沙会战时日进攻路线作为已方重点防御方向。为了阻击日军南犯，国民政府军事委员会令第3、第5、第6战区对当面之日军发动攻势，以牵制日军兵力调动，第9战区对日军实施袭击，使其不能集中兵力，然后借新墙河、汨罗江、捞刀河三线阵地，诱敌主力深入至长沙东北地区围歼。根据军事会议确定了反攻方针，薛岳拟定了反攻作战计划。反攻与御敌均注重鄂南、赣北、湘北三面。中方的全部布署为破译中**队电报的日军完全了解。
9月7日，日军给中**方一个“惊喜”，第6师团向湘北大云山守军游击根据地发动扫荡。该地位于昌水以北，山高林密，属第4军辖区，小部分为第58军防御。大云山驻扎了第九战区第七挺进纵队，该纵队的主要任务是对‘日统区’进行敌后游击活动。日军文件显示，该纵队“顽强破坏我铁路及通信线路，为我运输工作之大患”。第6师团在扫荡的同时第3、第4、第40师团则避开中方的注意，秘密地在新墙河右岸集结。
第6师团对大云山守军进行猛烈打击，第27集团军总司令杨森命令第4军欧震部加强守备。中**队第4军遭受重大损失后撤守，日军突破大云山东侧阵地后，突进至大云山南侧，包围大云山，形势看上去非常紧张。杨森将军急令第59师、新编第10师、第60师驰援，将日军阻滞于长安桥。
10日，日军第6师团撤往桃林，扫荡大云山任务改交充当‘诱饵’的第40师团，新编第10师抓住日军交接的时间差，趁机收复大云山。第60师则抵达长乐街后继续向昌水北岸开进。
11日拂晓，第27集团军奉命发起全面反攻，第6师团第13联队减员严重，固守待援。而第40师团刚换防上阵，并不知道新编第10师重新占领了第6师团已报告扫清了的大云山，重松支队一到甘田即被新编第10师猛攻，苦战一日后方与固守的第13联队会合。第13联队被重松支队换防后，归建第6师团。而驰援重松支队的第40师团，在白羊田遭受新编第10师侧击。13日起，中**队四面攻击第40师团，一场苦战过后，双方都遭受严重损失。为解第40师团之围，日军作势派荒木支队前往救援，杨森亦命第102师主力、第58师、新编第11师赶赴大云山参战。
15日，杨森得知岳阳以南已经集结了数万日军，方才明白中计，日军应该是要大规模进攻第九战区，急电第九战区司令部，并命令第4军在新墙河防线加强戒备，积极侦查敌情；命令通城之第二十军准备参加新墙河战斗。可面对掉进锅里的日军第40师团令杨森将军实难以割舍，他令第4军、第55军17日拂晓发动总攻，以求再现上高战役的战果，至少也要把日军40师团打残。当日我军攻克两据点和两高地，只要时间允许，可以说胜利在望。但一切都在日军算计之中，杨森将军功亏一溃。
1941年9月18日拂晓，日军按计划如期发动全面攻势，日军第4师团沿粤汉路向长沙前进，第3、第6、第40师团兵力共45个步兵大队由港口至新墙市一线在伞兵的协助下，通过322门火炮掩护，协同战车、舰艇、飞机立体作战，强渡新墙河，两小时内迅速突破新墙河阵地，续向南进。中**队留下少数兵力凭借新墙河阻击日军主力，主力转移到关王桥以东侧翼待机。同时日本海军陆战队乘军舰及汽艇由岳阳经洞庭湖，向青山进攻，此处守军为99师一部，该部官兵坚强抵抗，毫不退缩，全体官兵战死殉国。
当杨森将军不得已放弃围攻40师团，令昌水以北各部撤离大云山阵地，转入新墙河战场时，但为时已晚。日军成功地以一个师团牵制了第九战区的五个主力师，以大云山扫荡的烟雾成功掩护主力进攻的意图，终于在短时间内突破新墙河阵地，赢得了战场上的主动。
薛岳将军打算在汨水两岸歼灭敌军，遂于18日电令第37军、第99军两个师由第37军统一指挥，设置阵地于浯口至三姐桥一线；第26军集结金井、将军坝；第92军调平江；战区炮团开金井先协助第37军守势作战，再协助第26军攻势作战。随即又电令第27军于汨水以北向敌侧背发起攻击，以迟滞敌军南下。
19日，日军留部份兵力在新墙河一带抵抗侧翼的中**队，主力日军沿黄市、大荆街、关王桥一带进逼汨罗江北岸，其第3师团、第6师团各一部则进至汨罗江南岸新市、颜家铺、浯口各附近。第5战区令第20军配合第4军、第58军扼守关王桥以东、易水以北地区，从日军后方相机攻击；第10军、第26军、第74军、第79军等由东南向西北侧击，歼灭突进汨罗江以南地区之敌。此部署应属合理，但第9战区下达作战命令的无线电报，被日军截获并破译，日军遂放弃“将主力用于湘江方面”的原定作战方针，决定在捞刀河以北地区捕捉歼灭第9战区军队，然后直取长沙。
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