军，约30个师。其兵力部署为：第99军（傅仲芳，3个师）守备青山一带及湘阴、营田、归义间湘江、汨罗江之守备；第27集团军（杨森，8个师）守备新墙河两岸、鹿角、通城、金塘坳间地区；第30集团军（王陵基，4个师）以一部兵力守备界牌、观音阁、潭埠之线阵地，主力集结于三都附近；第19集团军（罗卓英，6个师14个保安团）以大部兵力守备上东坑、靖安、奉新、高安、市汊街地区，其第74军（王耀武，3个师）集结于新喻、宜分地区；第37军（陈沛，3个师）、第26军（萧之楚，3个师）、第10军（李玉堂，3个师）分别集结于福临铺、金井、衡山地区。另外有7个挺进纵队等在敌后咸宁、瑞昌一带进行游击。第九战区司令长官部位于长沙。

    日军第11军进攻长沙的各部队在向新墙河以北进攻出发地位集结时，为了保障集结地区左翼的安全，解除侧方威胁，掩护兵力集中，阿南惟几命第6师团在主力进攻之前，先于9月7日由忠坊，西塘向大云山的中国军队攻击。当时大云山区有第4军1个团和1个加强营、第58军1个加强营。第27集团军总司令杨森没有得到日军向湘北集中兵力的情报，判断日军可能是为“抽调兵力使用于其他方面，乘第6师团集结之机，扫荡我大云山游击根据地”，因而令第4军（欧震）加强大云山的守备，令第58军准备协力第4军的作战。日军第6师团第13联队由西塘东进，突破第4军第102师在鸭婆岭的阵地后，转向南下，攻占甘田、团山坡等要点。其师团主力由忠防南下，击迟第4军第59师的阻击部队以后，分向西进、南下、攻占南冲、白水洞、白屋里、长安桥等地，激战2天，大云山大部地区为日军占领，但其第13联队，则遭到第102师和第59师的围攻。9月10日，日军第40师团到达桃林，接替第6师团。11日，第6师团主力经桃林向草鞋岭转进。第40师团先遣支队（第234联队）在甘田附近，遭第58军新11师的侧击，至当夜，方与第13联队会合。第13联队遂退去草鞋岭与其主力会合。13日，日军第40师团主力向甘田推进，与第58军第10师激战于甘田、马厮赮、团山坡一带，日军第33步兵团（荒本支队）亦加入战斗。直至14日，中国军委会及第九战区仍未判明日军进攻长沙的企图，依然认为“敌企图仅在攻占大云山”，放弃大云山向杨林街以北之甘田、港口方面进攻是“掩护其撤退的动作”。如薛岳14日致蒋介石电称，日军“扫荡我大云山后，南渡新墙河窜扰”，是“以进为退”；又如军委会军令部在第九战区的联络参谋张元祜14日向军委会报告说：目前日军的“态势、兵力部署，似无攻略长沙企图”，因而，未能及时采取有力的应战措施。

    9月17日，日军第11军各进攻部队均已进入进攻出发地位。由于接受了第一次长沙会战时兵力分散的教训，阿南惟几将进攻部队“并列部署于狭窄的正面上，以期进行纵深突破”。44个大队及322门火炮展开于新墙河以北仅20公里的正面上。仅派独立混成第14旅第63大队（平野支队）乘船溯湘江南下，进攻青山、营田，以掩护军右侧翼并策应正面主力之作战。各部队进攻出发地位的具体位置为：第4师团、第26旅团位于新开塘以南，第3师团位于乌江桥以南，第6师团、独立混成第14旅团第62大队位于西塘以南，第40师团、第33步兵团位于白羊田附近，9月18日拂晓，日军发起总攻。防御日军主攻方向的第4军，在大云山战斗中己损失甚巨，加以仓促应战，阵地迅速被突破。在兵力、火力高度集中的日军进攻下，守军第4、第20军、第58军根本来不及重新组织防御，分向南和东侧撤退。日军右翼保障支队第63大队在海军护送下，亦于当日在青山强行登陆。这时，第九战区才发觉日军的企图。当晚，薛岳下令，