元月4日夜，薛岳根据敌情变化再次调整部署，各集团军部队迅速到达了指定位置，开始了对由长沙撤退日军的大围歼、大追杀。

罗卓英亲率第19集团军指挥部随26军到达长沙以东20公里的牌楼铺，他指挥第4、26、73军部队由南向北推进；杨森则在平江指挥27集团军所辖的20军和58军由福临铺一带自北向南，寻着日军的来路堵截过来；王陵基指挥30集团军37、78两支生力军自东向西席卷；99军军长傅仲芳率全军自西向东横扫；140师师长李棠挥师深入敌后，在新墙河一线截杀退却之敌。

这个作战态势反映在地图上，呈现出一种凶狠而势不可挡的气势。历经数次会战中的苦心摸索探求和这次作战开始以来十余天腥风血雨的生死拼杀，薛岳终于将这幕雄壮的正剧推向高潮。

4日晨，李玉堂接到蒋介石直接发给他的电报：

敌人孤军深入，后方断绝，同时我主力正向敌人四面围击，我第10军如能抱定与长沙共存亡之决心，必然摧破强敌，获得无上光荣！

消息传遍长沙各阵地，群情为之振奋，军政治部提出“苦战一夜，打退敌人，守住长沙，要回军长”的口号。

4日上午9时，丰岛命该师团18联队突转攻击方向，由城南改向东门、即浏阳门突袭，联队长石井信令敢死队身裹炸药扑向城门。3师师长周庆祥亲自站在城墙上指挥反击，该师前沿士兵见敌人“肉弹”上来了，竟纷纷迎上去拉响手榴弹引爆日军身上的炸药。几声巨响中，冲上去的士兵们与日军敢死队员同时血肉翻飞。人们看见，那一瞬间天空出现一道血色霓虹。

紧接着，又一批守军冲出阵地，在浏阳门前与相对冲过来的日军展开白刃肉搏。血肉横飞的一小时混战之后，双方士兵大都倒于血泊中。敌大队长横田的军刀锋刃上鲜血淋漓，而他自己也被两把刺刀刺穿喉咙和左肋，死后两眼大睁。

18联队被迫向城南方向退回，联队长石井信大佐途中被守军迫击炮炸成重伤。抢救中，他欲言不能，痛苦万状，泪流满面而亡。

中午11时，方先觉到29团阵地，向团长张越群宣布，重庆军委会已破格晋升他为少将团长。下午6时，方先觉携带好酒到28团指挥所慰问葛先才，鼓励他完成最后的坚守。

中午12时左右，日军飞机向地面部队投弹药和给养。几朵大白花似的降落伞从天而降。降落伞飘飘悠悠，多数落在防军阵地以内，气得日军士兵朝天大骂。

在两军士兵一同瞩目中奇迹发生：一只给养箱被我军岳麓山炮兵阵地的火炮击中于天空，一整箱罐头、米团、装满饮用水的军用水壶等物品炸了个满天开花。我军士兵见状高声欢呼，喊声长达数分钟，士气为之大振。参加守城作战老兵数十年后回忆往事时无一不提及此事，引为战场奇观。事后，炮兵们之间也为争此“荣誉”相持不下。

下午3时，日军在长沙发起最后一次攻击。由于大部分枪支已没有子弹，丰岛下令肉搏。寒风中，数百名日军士兵赤着上身嘶喊着冲上来，守军则回以炮击和枪弹、手榴弹。敌人送死般一排排倒在阵前，直到后面的不再冲上来，才结束了这次毫无意义的自杀式进攻。

下午5时，仍在长沙的日军师团指挥官同时接到阿南惟几关于退出长沙、立即反转的严厉命令。几乎弹尽粮绝的日军也再无其他选择，纵火烧毁就近的房子，将带不走的作战物资炸掉，开始退却。

在城北的第6师团退却之前的最后一次攻势，是指向朱岳190师569团湘春路和570团华南女校阵地的。战斗中日军使用了毒气，根据风向，这是攻城战斗中唯一可以使用毒气的地带。守军官兵百余人中毒丧失战斗能力。团防毒面罩很少，优先配给机关枪手，许多士兵在毛巾上撒尿后蒙在鼻子上滤毒，仍坚持不下火线。日军硬是攻不开守军阵地，激战近3小时后无功而返。

下午6时，第6师团长神田正冢指挥部队首先撤出阵地，抢占了浏阳河渡河要点——长沙以东10余公里处的梨市，以此为据点收容第3师团被打散的士兵，等候第3师团大队撤离长沙后一并突围。

天黑时，丰岛带领第3师团残部，全部撤出长沙外围，踏上突围反转之路。

日军撤走时天已黑透，第10军面临的第一项任务是召集部队。经过几昼夜血战，一线官兵们疲惫至极，有许多人竟在寒风刺骨的黑夜中伏在阵地上睡着了。长沙市至今流传着那夜官兵们打着火把从死人堆里找活人的故事。人们一个个地喊：“活着吗？”一个个地摸是凉是热。有些士兵没战死沙场，却在胜利时精神骤然放松，睡了过去或者疲劳过度昏迷过去，再也没有醒来。

第3、6师团在4日深夜从梨市出发，开始便遇到欧震第4军部队迎头截杀。混战半夜日军左冲右突，好不容易夺路而逃，5日拂晓时又被夏楚中79军接住再战。

因通讯部门延误，罗卓英收到九战区关于敌动向的电报时已到了5日下午3时，但罗部在当天清晨出动，主动寻找撤退的日军部队，于中午接上火。萧之楚26军将第3师团有气无力的18联队和辎重队包围在曹家坪和茶塘附近，由中午战至深夜，几乎将这股日军全歼。

危急中还是老天爷帮了日军的忙。6日清晨天空放晴，日军第一飞行团倾巢出动，50余架飞机低空猛扑追兵，为日军突围赢得了时机。

6日晚9时，彭位仁第73军万余兵马跑步赶到福临铺。薛岳在这里再设一道拦截线截杀逃敌。午夜，福临铺一带群山丛中枪声爆炸声响成一片。

日军战史《长沙作战》写到这次倒霉的撤退：

4日，全军（注：指11军）在悲壮的气氛中，开始反转。在岳阳的战斗指挥部，司令部全体人员，分为两组，奉读了《军人敕谕》。第一线官兵为了摆脱敌人，怀着万分遗憾的心情，离开了被一片火焰笼罩着的长沙。

4日深夜，得知在第3师团的反转路上有重庆军两个师已经迫近，军司令部感到震惊。（5日）军司令部，在15时30分，总算是盼来了第3师团向梨市方向转进的消息。军参谋们虽然多少松了一口气，但在此期间，确实是万分焦虑的。阿南军司令官对参谋们讲述了在华北苦战的经验，予以鼓励……

6日，第3师团的无线电联络中断，军通信所以及靠近第3师团的第6师团通信所都在拼命地呼叫，也毫无回答……在大山塘（福临铺东8公里）的龟川部队，在第37军的重围中，弹尽粮绝，正在殊死决斗中……在第6师团进路正面，栗桥的隘路已被重庆军占领。第73军、第99军也开到达摩山东侧和东北侧，正在加强迎击的态势。由于这些情报，更加深了第6师团官兵的胆怯心理。偏巧，这晚月夜晴空，寒光高照，幕僚们怀念着正从捞刀河北上的第一线官兵，不由得痛恨起这有利于敌人追击的明月，就这样度过了沉闷的一夜……不知怎的，在日军撤退途中，中国军队的追兵总与日军视为神圣的军旗过意不去，请看以下记载：

……我军一到，重庆军一面发射照明弹，一面投掷手榴弹，向我军包围蜂拥而至。手榴弹落在军旗的近旁爆炸，联队立即命令第7中队冲进敌群，但黑夜中从四面包围的重庆军并未轻易退却。重庆军仍然在继续冲锋，迫近军旗已在咫尺之间，联队长野宪三郎大佐拔出战刀，在紧要关头拼命战斗。东部传令小队、军旗小队以军旗为中心，组成圆阵，与冲来的敌人接战格斗，保护军旗。军旗危急万分。田中中尉事后说，重庆军的手榴弹投掷距离再延长10米的话，人和军旗就都炸飞了。

……此时，步兵18联队将军旗安放在后岸民宅中，可是，突然院中落下了一颗敌迫击炮弹，瞬间将护卫军旗的哨兵上半身炸飞。恰值那时第3师团长丰岛房太郎中将正在安放军旗的隔壁房间，当即跑出来大喊道：“我来保护军旗！”亲自担任起保护军旗的任务。

撤退途中，大多数日军部队弹尽粮绝。又无法得到空投支援，处境极其狼狈，在许多次战斗中，日军只能以白刃格斗杀出血路。11军参谋副长在作战日记中写道：“8日，给第40师团补给10发山炮弹，真是勉强的作战啊！”

1942年元月7日下午3时，平江第27集团军指挥部。总司令杨森接到蒋介石的电话。

远在重庆的蒋介石听说九战区有线联络沟通，第一个电话就打给杨森。他看着面前一幅在几个昼夜中快被他看烂了的作战地图，声音严厉，不容置辩：“以福临铺东侧的古华山为界，西面由伯坚（杨森的别名）兄负责，东面由王副长官（王陵基）负责，务请兄督率各军阻敌北逃。如某军正面逃走，即将其军长枪毙！”

杨森放下电话之后，喝了一口茶水，仍觉得心在急跳。论起来杨森与蒋介石还沾点亲戚，但现在硬是到了六亲不认的时候了。

自担任由北向南堵击日军的任务，杨森没有睡过一个安稳觉。从7日上午7时起，位于影珠山至福临铺堵击线的20军和58军，分别与刚从华北赶来就投入战场、此刻由北面而来接应日军主力突围的第9混成旅团，和由南向北突围的第6师团发生激战。杨森心想：我的两个军被南北两支敌人夹在中间，这就已经够我受的了，你这时又搞么子电话督战，说是枪毙军长，还不如说把我崩了听起来明白些。

他命令副官立即备车，去58军军部督战。

“老蒋硬是要把我这堆老骨头折腾散架才安逸！”登车前杨森对卫兵说。

8日傍晚，杨森亲自督战的58军与20军一部联手，将刚投入战场的第9混成旅团的突击力量山崎大队全歼于影珠山。日军战史也记载：

次（9）日，阿南军司令得知山崎大队在影珠山全军覆没及第6师团主力陷入重围的消息，愕然失色。自开始反转以来，阿南中将一贯泰然自若，每当接触沉入苦闷的幕僚时，总以和蔼的态度，尽力安慰和激励部下，唯有今天也完全陷入忧虑之中。

日军第6师团被中国军第20、58、73、4、26五个军包围攻击两天半，伤亡惨重。10日黄昏在十几架飞机的支援下突围成功。11、12两日，各军一路追杀，又给日军造成一定伤亡。

13日凌晨，日军各师团到达汨水一线，在新市、长乐街等地集结，收容从各处分散突围的日军。但见残兵败将三五成群，丢盔弃甲，狼狈向北逃窜。

上午8时，陈沛37军追到新市，奋力追杀。日军争相渡河，秩序大乱，淹死多人。37军占领新市后继续向北追击。

汨水至新墙河，夏首勋第78军、37军李棠140师摆开阻截日军的最后一道防线。14、15两日，突围与反突围战斗激烈。日军的许多汽车开到这一线再也开不动，被自己和对方炸毁达30余辆。15日，大批日机掩护地面部队突围，140师一名班长用轻机枪一梭子竟扫下一架。

一过汨水，日军在所经过村庄的墙壁上到处可见中文、日文的标语。

“湖南是倭寇的墓场！”

“湘北——日本鬼子的坟地！”

“强盗滚回你们的海岛去！”

“大刀向鬼子头上砍去！”

其实，这些令败退日军触目惊心的文字早在湘北开战之前就有了，只是日军在来时路上没有在意。

尸体、伤员、饥饿，脚步越来越沉重。后追、前截，平地里还不时冒出来些兵不兵、民不民的人。鸟枪、陷阱，风声鹤唳。不由日军不想：湖南，究竟是个什么地方？远远的，来这里干什么？

16日，新墙河南岸已无日军，退过新墙河之日军，占领其原阵地。中国军追击部队之行动，渐趋停顿。18日，战区令部队恢复原态势并将部署稍加调整。长沙第三次会战至此结束。