中国军队撤退的这个决心下的非常及时，尽管丢掉了苦心经营半年的阵地，但是却避免了被日军围歼的厄运。
对此，日本军对关麟征的不配合非常不满，大骂关麟征战斗意志薄弱。
但中国方面对此却毫不在意，毕竟大家都不是傻子，日军骂的越欢，越是说明撤退的必要性。
随后，第九战区司令长官薛岳在长沙召开紧急会议商讨对策。最后，会议做出了诱敌至长沙郊区实行反包围与敌决战，进而将其歼灭的作战方案。
这就是大名鼎鼎的天炉战法，依湖南的地势，左倚洞庭湖，右凭幕阜山，以其间新墙河、汨罗江、捞刀河、浏河这四条河做为迟滞日军的依据，并彻底实施“化路为田，运粮上山”的做法，将日军机械化部队的机动力消除。
总体方针为“后退决战，争取外围”，国军以且战且退做法在四河与幕阜山间游移，攻击然后后撤躲藏，将日军拖入四河之中，最后再以长沙城中主力与外围藏在山林中的部队合围深入四河中的日军。
接着，薛岳令战区直辖第4军及炮兵向岳麓山、长沙及其东北地区前进，占领进攻出发阵地，第9战区前线指挥所则移驻渌口。
随后在薛岳的指挥下，第九战区诱敌深入，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。
9月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。
随后，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；又以第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。
接着，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。
然上村支队在三姐桥、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。
很快，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9月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。