一开始，日军兵分三路南攻：右翼渡洞庭湖趋沅江、益阳；左翼从通城分趋平江、渣津；中央沿粤汉路向汨罗江推进。日军号称在东西约120公里，纵深约50公里的地区展开规模宏大的野战。
直到这个时候，还没有统一意见的国家各部，面对日军的三条线猛攻，一时混乱无比，这些年来的松懈，让他们尝到了苦果，第一战区蒋鼎文和汤恩伯在北战场，抵抗不到10天，就迅速败退。
几十万大军这一败，国内一片哗然，这样的情况，引起国内舆论的纷纷指责和国际舆论的讥评。
日军欲打通粤汉路和湘桂路，有三个要地必须攻克，即长沙、衡阳、桂林，按当时战区的划分，鄂南、湖南为第九战区，司令长官是薛岳；
广西为第四战区，司令长官是张发奎；广东为第七战区，司令长官是余汉谋；鄂西为第六战区，司令长官是孙连仲。
这四个战区中，第九和第四战区是此次湘桂战役的正面战场；第七及第六战区处于战场边缘。
日军预定的作战路线是穿过第九战区的西侧，然后冲向第四战区的中枢，以第九、第四战区**为主敌。
日军在制订作战计划时考虑到：“攻克长沙是这次作战的关键，自应全力以赴。”
但我方此次的兵力比前几次作战都大得多，长沙一举可破。因此，战局的关键乃在于衡阳长沙之间敌军进行侧攻时的决战，估计攻下长沙后不致立即出现侧攻，而在进攻衡阳时，当前重庆军将会全力展开。
日军预测，衡阳地区位于**第九、第六、第四、第七4个战区之间，主要决战肯定将在其周围进行。
重庆军委会电令第九战区准备在长沙、浏阳之间与敌决战。
由于对日军的强大攻势估计不足，重庆当局开始除从第六战区抽调1师增援外，没有从其他战区调集兵力。
薛岳请求蒋介石从第三、六、四、七战区抽调兵力增援，而蒋介石要求第九战区以现有兵力应战。
直至战役开始一段时间后，感到日军来势凶猛，才陆续从周边战区抽调兵力参战。
第九战区司令长官薛岳部署的战区防卫战略是：在湘江东、西两岸，步步阻击，消耗敌军，而将主力部署于两翼，诱敌深入后，在长沙附近围歼日军。但薛岳的这一战略部署是沿袭第三次长沙会战的战法，日军早有防备。
日军一反过去惯用的孤军深入的战法，以战斗力最强的骨干兵团部署于两翼，致使薛岳的外侧作战难以成功。另一方面，日军使用优势的第二线兵团保持纵深阵势，对战略要点实施重点突破。**总体参战兵力虽超过日军，但在要点的防守攻略上，兵力反居劣势。
薛岳的外侧作战既不利，沿湘江两岸南下的日军很快进逼长沙。日军以两个师团约3万余人围攻长沙，而薛岳仅以1个军（第4军，军长张德能）守备，战斗兵员不过1万余人，守备的兵力与阵地绝不相称。
其次，日军进攻长沙的计划是，必须攻占其西方的岳麓山，为此，派遣有力兵团在湘江左岸进攻该山，与直接担任进攻长沙的兵团相互策应。
而薛岳在防守长沙的兵力布置上，令张德能以第4军的2个师守长沙城，以1个师守岳麓山。
岳麓山位于湘江西侧，与长沙城隔江相对。在地理位置上，岳麓山居高临下，俯瞰长沙城，为长沙整个阵地之锁钥，欲守长沙必先守岳麓，岳麓一旦失守，长沙决守不住。
守备岳麓山的第9师除缺员外，战斗兵不过3千人，而防区竟达50里之广（岳麓山周围设防），实属防广兵单。
迄岳麓形势危急，张德能临时转用兵力，从长沙城抽调兵力增援岳麓山，由于在战斗激烈之时仓促调动，渡江船只准备不足，反而自乱阵脚，动摇军心，导致长沙迅即失守。
长沙决战计划落空自此落空。
得知这个情况的盟军太平洋和亚洲总指挥部目瞪口呆，没有想到这个时候，有300多万大军的**，竟然被日军几十万人打得丢盔弃甲、节节败退。
要知道，参与这次进攻的日军总兵力还没有三十万人，一个半省就这样丢掉，而且这样一来，很可能会影响到现在盟军的太平洋战场。
这是盟军最不愿意看到的，如果日军进入滇缅，等于直接打乱了盟军的整个计划，而胶着的马里亚纳战役，如果因为这个情况，日军就可以调一部分菲律宾的军队过去，那么，盟军想短时间结束这边战役的可能性就等于零。
消息传到陆铭这边，大家却没有表现的多么担心，日军即使攻到这里，也对他们造成不了多少影响，而且他们都看出来了，东条的目的所在。
当然，失望你免不了点，前几年还和日军打的有声有色，这些年装备和人员都好了很多，反而不经打，这委座一心就想着内斗。
不过陆铭还是请求盟军指挥部，派杜聿明集团回国，从广西西回去，正好可以阻击日军。
长沙失守之当日，军事委员会举行最高幕僚会议，军令部副部长刘斐认为敌人必乘势进攻衡阳，并可能入桂林。徐永昌仍以为“敌兵力不足，尚不至企图入桂的原因，来分析日军的行动，陆铭的这个安排，事后才发现，自已无意中竟然下了步妙棋。
蒋介石电令各兵团以阻敌深入、确保衡阳为目的，从东西两翼夹击日军。具体的战略部署是：中央以一部于渌口、衡山地区持久抵抗