此時的阿南惟幾就像一個贏了第一把的瘋狂的賭徒一樣，他已經不滿足於目前的收穫。儘管對未來的風險並非全無所知，但是他還是押上了更大的賭本，想贏回更大的資本。9月1日上午，第11軍司令部發布最終命令，放棄圍殲國軍的目標，而把作戰目標改爲攻佔長沙！
這個命令的下達，徹底的完全的背離了第11軍最初提出作戰構想時的思路：殲滅第37軍。而此時進攻長沙，又沒有可見的利益可言。也許這一刻，阿南惟幾在發燒。
接到第11軍司令部的命令之後，參加這次進攻的3個師團兩個獨立聯隊也都瘋狂了起來，想着當面的中國軍隊發起了猛烈地進攻。第6師團所屬的步兵第13聯隊在空軍支援下向鴨嘴山第95師陣地進攻，從北向南逐漸推進。下午，步兵第23聯隊則與憑據飄風山險峻的國軍激戰。
但是令日軍鬱悶的是，這兩地的守軍罕見的主動，竟然從左右兩翼包圍了第23聯隊本部。日軍直到傍晚纔在空軍支援下擊潰守軍，但是自身也付出了極爲慘重的傷亡，戰鬥中山炮野炮兵第6聯隊第1中隊長陣亡。
與此同時，日軍第40師團第235聯隊在攻擊魚口灣附近的第99師所部時也遭到了瘋狂阻擊，雙方苦戰一天一夜沒有任何進展，形成了僵持不下的局面，直到9月1日夜纔拿下這一陣地。
對第九戰區來說，9月1日這一天形勢很嚴峻。在正面，第3師團經由慄橋、楓林港渡過撈刀河經牌樓鋪，榔梨市、東山進攻長沙；第6師團由空軍協同，由汨水南岸的新市前進，經長嶺、福臨鋪、麻林市、到達榔梨市。以協同第3師團對長沙進攻。第40師團以一部在浯口以西汨水河灣的牙尖、磨刀尖、天荊廟抗擊37軍95師，主力向南經慄山巷、長嶺、天王廟、象鼻橋到達金井一帶，牽制東部山區的守軍，策應第3、第6師團的進攻，形勢十分危急。
但是薛嶽卻穩如泰山。他已經看出日軍這次是奔着長沙來的。所以一邊命令正面的部隊節節阻擊，另一方面則是迅速向兩翼調集部隊，在長沙外圍弄了個巨大的口袋。日軍如果不是奔着長沙來的，那麼第九戰區的佈置就白弄了，但是如果日軍真的是打算徹底的佔領長沙，那這個口袋就能派上大用場。
而且根據戰前得到的情報，薛嶽判斷日軍不重視後勤的老毛病又發作了，從之前雙方交戰的態勢來看，日軍並沒有攻佔長沙的意思，現在突然來了這麼一手，應該不是事先制定好的作戰計劃。很可能是阿南那個老鬼子的頭昏病發作了，臨時改變了作戰計劃。
與日軍打了4年，對於對面的那羣鬼子薛嶽那是極爲了解的，甚至於比了解自己的部隊還要了解日軍的第11軍，知道這些日本鬼子很不重視後勤，有的時候後方一點準備都沒有。就敢橫衝直撞，這也是日軍經常做一些天怒人怨罄竹難書惡事的一個重要原因，因爲他們沒有完善的後勤，打起仗來只能搶老百姓！
有了這個判斷，薛嶽命令正面的部隊邊打邊撤。利用有利的地形節節阻擊日軍，大量的消耗日軍的有生力量以及彈藥物資。
9月2日下午2點，第3師團一路急進，終於先於第六師團以及第40師團第一個到達了長沙城下。第29旅團的先遣部隊於當日下午首先在磨盆州附近渡過了瀏陽河，同行的工兵第3聯隊開始架橋。下午18時，第68聯隊到達榔梨市，通過翻譯和僞軍，詢問當地居民得知磨盤州附近可以徒涉，於是當即開始渡河，當晚23時，該部完成渡河。至此，日軍已經殺到了9戰區佈置的口袋的袋底。
第9戰區於當日命令各部隊，於4日零時開始攻擊前對長沙外圍之敵進行反包圍，並限定在9月4日夜間，進至第一次攻擊到達線。
此時雙方都似乎看到了勝利的希望，日軍是看到了長沙城，希望撈一把就走，況且日軍的後勤和重武器也不能支持長期作戰。而第九戰區是認爲口袋陣已經布成，獵物也已經來了，剩下的時間就是收穫了，但同時薛嶽也擔心袋底太薄被鑿穿，雙方現在都是箭在弦上，隨時準備致對方於死地。
9月3日下午，已經抵達長沙外圍的日軍第三師團師團部下達了進攻的命令，全軍壓上，試圖一舉奪取長沙城。
但是日軍顯然低估了長沙守軍的抵抗意志，在遭到進攻之後，駐守長沙的第10軍立即還擊，雙方隔着城牆以及護城河還有長沙外圍的永久性工事展開了爭奪。第九戰區長官部給長沙守軍下達的可是死命令，即便是全軍覆沒也不能後撤半步，普通士兵跑了槍斃班長，班長逃跑就槍斃排長，排長逃跑就槍斃連長，要是連長也跑了，那營長和團長都拉出去槍斃。
另外長沙城的工事從1939年就開始構築，雖然歷經戰火，但是依然十分堅固。最重要的是日軍第三師團缺乏炮火支援，日軍方面倒是不缺少大炮，但是由於道路限制，炮兵無法同步兵一起行動。
況且就算道路沒問題，以日軍現在的狀況，彈藥也跟不上消耗，所以日軍進攻長沙部隊只有少量炮兵支援，而此時第九戰區爲了守住長沙，特意將戰區直轄炮兵和第10軍的炮兵部隊集中由第10軍統一指揮，共約兩個炮兵團，裝備有80餘門步兵炮以及46門重型山野炮，一舉在火炮方面超過了日軍第三師團。
爲了打贏這一仗，老蔣特意將在昆明駐紮的美國飛虎隊調到了成都，以此來對付日軍的陸航部隊。
苦戰一晝夜，日軍沒有取得任何進展，反而損失了一千餘人。9月4日上午9點，就在第九戰區正準備下達反攻命令的時候，日軍突然改變進攻方式，分兵竄長嶺、南元宮、軍儲庫各附近，試圖奪取儲庫和不遠處的天心閣。
第九戰區很快作出了反應，駐守北門的第190師隨即反攻左家塘，南邊預10師反攻軍儲庫，同時預10師一部圍殲白沙嶺之敵，至晚上22時上兩處陣地克復。而竄至白沙嶺的加藤大隊於當天下午2時左右與第九戰區增援部隊遭遇，指揮官加藤少佐當即被一槍擊穿腹部，不久斃命。其餘軍官相繼戰死，只有池田至兵長殺出一條血路告急。
日軍隨即發動了幾次衝鋒企圖救出加藤，然而在守軍的猛烈阻擊下，日軍幾次攻擊都勞而無功。戰至4日夜間，被包圍的加藤大隊這一部全滅。
白沙嶺戰役對於第九戰區極爲重要，對日軍來說，加藤的死不僅僅是損失了一名大隊長而已。但是第九戰區卻從加藤的屍體上得到了日軍出動以來的各種計劃和命令等文件，得知了大量還未掌握的日軍情報。更重要的是，第九戰區終於確定了日軍彈藥缺乏這一重要情報。
薛嶽隨即調整戰術，一方面命令各集團軍按照預定計劃快速向長沙外圍合攏、圍殲敵軍；同時命令第10軍進行反擊，反擊不是爲了擊潰或者是全殲日軍，而是要他們牽制住日軍，以防其撤退。
由於戰術的調整，圍殲長沙外圍日軍的作戰計劃被迫推遲到了9月6日。顯然日軍只看到了第三師團和第六師團已經兵臨長沙城下，勝利在望，尚未發現在這兩個師團兩側出現了大量的中國*軍隊，隨時可能將他們包了餃子。
阿南惟幾還在做着攻佔長沙的白日夢，命令當面的第三師團、第六師團加大進攻力度，務必於3日內攻佔長沙城。
接到命令之後，日軍的進攻力度確實加強了不少，各部隊再次拿出了不怕死的流氓戰術，悍不畏死的衝向第10軍的陣地，僅僅一天的時間，長沙東郊、北郊和南郊的前進陣地全部失守，東北方向國軍退守開福寺、上潘家坪、唐家巷、上大壠、湖積渡、陳家山、杜家嶺、袁家嶺、窯嶺、長嶺一線。南郊國軍固守侯家塘、掃把塘、冬瓜山等據點。
不過，日軍方面也就到此爲止了，由於後勤補給問題，第3師團的彈藥幾乎要用盡了。再加上這幾天的作戰導致該師團傷亡慘重，不得不全部兵力投入戰鬥，沒有彈藥沒有預備隊，第三師團的處境十分不妙。
另外，根據日軍情報部門傳回來的消息稱，重慶方面將直接控制的預備隊——支那政府軍頭號王牌第74軍轉交9戰區指揮。該軍除第58師留在衡陽整訓外，主力立即開往橫山、淥口、株洲。同時，商震的第4軍也正在往長沙趕來。這種狀況足以讓日軍不寒而慄。