武汉会战后，在正面战场上，最醒目的城市自然是长沙。
1939年9月13日，冈村宁次率第11军战斗司令所离开武汉，悄悄进驻南面的咸宁。 为麻痹中国军队，冈村叫往前方运输弹药的汽车在回来时照样遮上帆布。但这并没有迷糊掉岳麓山下的薛岳。当发现鄂南、湘北和赣北的日军稍有调动迹象，他就知道离战斗已经不远了，鬼子早晚是要打长沙的。
1939年9月23日，在第11军司令官冈村宁次指挥下，日军发动第一次侵犯长沙之役。 中路是第6师团和第13师团奈良晃支队，左路是新编成的第33师团，右路是第3师团上村干男支队。此外，江西境内的第106师团，担负在分战场牵制中国军队的任务。
主战场上的第33师团从鄂南通城向东进行迂回，意在跟中路日军合击新墙河南岸的中国军队。薛岳早有洞察，派杨森第27集团军拦截。第3师团上村支队随即由舰船载着从洞庭湖登陆，袭击了营田要塞。中路主力，集结在岳阳的稻叶第6师团和田中第13师团奈良支队，开始强渡新墙河，进而沿岳阳到长沙的大道和粤汉铁路南犯，第一次长沙会战全面打响。
扼守第一道防线新墙河的，是关麟征的部队（张耀明第52军，陈沛第37军、夏楚中第79军。）52、79军两军放在新墙河南岸既设阵地的左右两翼，37军少量部队放在洞庭湖跟湘江的交汇处营田要塞，主力作为总预备队陈于新墙河与汨罗江之间。
第一次长沙会战从一开打就极为激烈。张耀明第52军第2师第3营在斗篷山死守阵地，在与第6师团的搏杀中，几乎全部战死。营长胡春华因战斗之初受重伤被抬下火线而保存性命。在同样激烈的雷公山之战中，第52军第195师第3营，在史恩华少校率领下，对阵第13师团奈良支队。营长史部血战五天，全营战死，少校时年29岁。守营田的是陈沛第37军的95师师长罗奇，营田一线陷入激战，第95师第570团营长苗振华同样率部死守不退，最后全营为国捐躯。
新墙河南岸告急后，陈沛奉命带一部人马由营田方向驰援关麟征主力。与此同时，薛岳命驻长沙附近的李觉第70军派出有力一部（唐伯寅第19师）去支援营田的罗奇。关麟征部虽有陈沛支援，但杀过来的稻叶第6师团和第13师团奈良支队战力太过强悍，加上第3师团上村支队已经冲破营田防线，关部主力有被日军包围的危险。 这种迂回包围是那个时代的国军将领最怕的，连拼命三郎关麟征也是如此。 好在此时由通城南犯的第33师团进展缓慢，没能从另一翼侧击，所以关麟征部在接下来的后撤还是比较从容的。
中路日军渡过新墙河后，9月26日过汨罗江，三天后逼近长沙以北的捞刀河。薛岳把自己的嫡系欧震第4军交由关麟征指挥。彭位仁第73军、李觉第70军也划到关部。就这样，关麟征指挥6个军在长沙以北的捞刀河摆出跟日军决战的姿态。 在福临铺（长沙县东北），径直南犯的日军第6师团遭第52军覃异之第195师侧击，伤亡数百人。
9月30日，强渡捞刀河时，又遭到陈沛第60师和覃异之第195师的前后夹击。向东迂回转进的第13师团奈良支队，在跟第33师团碰面于平江以东地区后，陷入夏楚中第79军和杨森第27集团军的合围。而沿粤汉铁路向长沙突进的第3师团上村支队，遭彭位仁第73军连续不断的侧击。 还没等决战，日军势头就有渐颓之势了。
10月1日，冈村宁次命令各部日军迅速反转北撤。薛岳立即命令战区与敌接触的各部队全部跟进。第一次长沙会战，在第9战区各部的追击军号声中戛然而止。 日军一路退回新墙河北岸的岳阳，这是抗战开始后，他们第一次没有占领城市而撤回会战前屯驻的地界。
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