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  日方作戰目的:“作戰目的與襄東會戰相同,在於急促徹底打擊逐漸活躍的江南敵軍,以保證我軍的安全,即所謂自衛戰鬥。”。其戰術目標是“在最短期間內,捕捉敵第9戰區主力部隊,將其殲滅”。  8月15日,日軍第11軍制訂的《江南作戰指導大綱》明確戰役指導方針是:“實施本作戰時以奇襲為主,儘量在短期內結束戰鬥,然後恢復大概原來態勢。(最近敵軍逃跑得很快,因此對戰術和準備的保密有極大的重要性)”  第9戰區代司令長官薛嶽以所謂天爐戰法,依湖南的地勢,左倚洞庭湖,右憑幕阜山,以其間新牆河、汨羅江、撈刀河、瀏陽河這四條河做為遲滯日軍的依據,並徹底實施「化路為田,運糧上山」的做法,將日軍機械化部隊的機動力消除。故總體方針為「後退決戰,爭取外圍」:國軍以且戰且退做法在四河與幕阜山間遊移,攻擊然後後撤躲藏,將日軍拖入四河之中,最後再以長沙城中主力與外圍藏在山林中的部隊合圍深入四河中的日軍。

  岡村寧次根據作戰日誌回憶:“參加作戰兵力為三個師團(自西排列為第6、第36、第106)和兩個支隊(各自以步兵一個聯隊、炮兵一個大隊為基幹,即由江北師團抽出的上村支隊和奈良支隊)。據判斷,敵兵力最初約有25個師。”

  日軍於9月17日發起進攻,其部隊從江西省北部向西進攻湖南省,但是日軍的進攻由於向西過度延伸及國民革命軍從南北兩面反擊,因而被迫向東撤退。  9月19日,日軍沿新牆河對中國軍隊發起進攻,到9月23日日軍將國軍逐出新牆河地區,其第6師團及第13師團在炮火支援下渡河及沿汨羅江向南推進。  激烈的戰鬥在23日後仍然持續,中國軍隊向南撤退以吸引日軍,同時其增援部隊到達東西兩翼以實施包圍,9月29日日軍到達長沙外圍,但是他們因補給線被切斷而未能攻佔該城,10月6日,岡村寧次宣稱在達到作戰目的後撤軍。10月8日,雙方恢復原有的態勢。

  國軍認為:長沙是第一個沒有失陷的中國主要城市,其指揮官薛嶽從他在該城的勝利中獲得榮耀,這令中國阻止日軍與其在中國南方的部隊會師。  第九戰區參謀長吳逸志讓人編了一出現代京劇《新戰長沙》。薛嶽頭戴帥盔,身穿帥甲,前有馬童,後有大纛,纛上大大地寫了一個“薛”字,兩廂的龍套打著“精忠報國”的旗子(這四字是薛嶽標榜的口號),儼然以“嶽武穆”自居。吳逸志頭戴綸巾,手持羽扇,身著八卦衣,儼然以“諸葛亮”自居,及至遭到外界的譏俏和內部的反對(如當時的祕書長王光海,看了這齣戲的一半,就生氣不看了)以後,薛嶽、吳逸志二人互相推誘,薛說:“這都是吳參謀長搞的。”吳說:“這是得到長官同意的。”  時任第九戰區司令長官部軍務處處長賀執圭在《會戰的作戰方針和戰鬥經過》中這樣描述國軍損失:“據我回憶所及,事後曾對各部隊進行了大量補充,如關麟徵集團軍共轄十八個團,即補充了六個團;彭位仁第七十三軍有九個團,即補充了兩個團;楊森第二十七集團軍只有六個團,即補充了兩個團,王陵基兩個軍共十二個團,即補充了三個團。參加戰役的十一個軍共補充了四十個團,損失之大,可以概見。”  時任第九戰區司令部參謀處副處長的趙子立在其《以“後退決戰、爭取外線”取得會戰勝利》一文中以親歷人的身份這樣寫到:“由於宣傳長沙大捷,搞得蘇美英法各國的新聞記者來訪問長沙,找到趙子立......外國記者要看俘虜。報告人對他們說:“沒有。”他們說:“你們打了這樣大的勝仗,怎麼沒有俘虜?”有的說:“既然打了這樣大的勝仗,沒有多的俘虜,怎麼連少的也沒有?”趙子立無言以對,又說了個:“沒有”,於是惹得他們鬨堂大笑,把報告人搞得面紅耳赤,十分尷尬。”  日軍認為:其擬定的作戰目的為殲滅粵漢線第九戰區的有生力量,並未有佔領長沙的目的。作戰過程已擊潰第九戰區大量有生力量,取得很大的勝果。  根據日軍內部一份統計圖表,日軍在1939年10月的可確認作戰受傷人數為4,958名,11月下降到了2,795名,考量該圖表統計上很可能少算大量的作戰傷亡(特別是作戰陣亡方面)且39年11月依舊有南寧作戰等戰役,第一次長沙會戰的39年10月部分日軍死傷極可能便多達好幾千名,而9月戰況遠較於10月激烈,死傷很有可能遠多於10月。合計起來日軍在整場第一次長沙會戰的作戰死傷總人數,必然遠遠大於日軍自身所公開發表的3,550人。  張憲文主編的《中華民國史叢書·抗日戰爭正面戰場》一書中寫道:“......此次會戰,從日軍進攻開始,至日軍主動撤退告終,戰場全域性的主動權基本上操之於日方。戰鬥結果,兩軍都回到原有陣地。因此,就會戰區域性而言,雙方未分勝敗。但從抗戰的全域性而言,卻是對中方有利。日軍要消滅第9戰區主力的目的未達到,反而消耗了自己不少兵力和武器,並退回原陣地。而中國方面判斷日軍將進攻長沙,為此作好了‘萬一長沙不守’的多種準備,故將日軍未能攻到長沙而退卻視為勝利。”  日軍第11軍司令官岡村寧次在會戰結束後給“中國派遣軍”總司令官西尾壽造呈交的《關於解決中日事變作戰之意見》中說:“摧毀敵軍的抗戰企圖,是至難中的難事......在作戰中放棄已佔領的要地要域而返回原駐地的作法,不啻鼓勵敵人反擊,並會成為敵人宣傳的材料。”流露出日軍高層指揮官對戰爭前途的焦慮和沮喪。
第一次長沙戰役(又稱為“第一次長沙會戰”、“湘北會戰”,日本稱“湘贛會戰”),指1939年(民國28年)9月至10月抗日戰爭期間,中國第九戰區部隊在以湖南、湖北、江西三省接壤地區對日本軍隊進行的防禦戰役。這次戰役是繼第二次世界大戰歐洲戰場爆發後日軍對中國正面戰場的第一次大攻勢。日本為達到對國民政府誘降和軍事打擊,集中10萬兵力從贛北、鄂南、湘北三個方向向長沙發起了進攻。第9戰區代司令長官薛嶽(1939年10月1日被正式任命為司令長官)為保衛長沙,採取以湘北為防禦重點,“後退決戰”、“爭取外翼”的作戰方針,調動了30多個師和3個挺進縱隊,共約24萬多人蔘加此次戰役。至10月9日,中國軍隊第195師恢復到進佔鹿角、新牆、楊林街之線,日軍陸續退回新牆河以北地區;至10月14日,雙方恢復戰前態勢。