日军第三师团首先向汨罗江北岸河夹塘、南渡的第九战区第九十九军的防御阵地发起了进攻，第九十九军的两个连官兵在日军的猛烈攻击下，与防御阵地同归于尽后，被日军第三师团的进攻部队突破了阵地。
当日下午，日军第三师团的大部队开始强渡汨罗江，在与第九战区第九十九军的防御部队激战了一天后，日军第三师团大部分成功渡过了汨罗江，而第九战区第九十九军在阵地被日军第三师团突破后，便全军撤退至粤汉铁路以西的大路铺、渌塘铺及大娘桥、新开市一线，
而日军第三师团在突破了第九战区第九十九军在汨罗江南岸的防线后，随即根据第十一军司令部制定的作战计划，在大娘桥一线转向往东共计前进，准备对第九战区第三十七军形成合围之势。
第九战区第三十七军的正面，是日军第六师团和第四十师团，这两支日军部队分别在新市和长乐街向第三十七军的防御阵地发起了猛攻，但在第三十七军官兵们的顽强阻击下，加上连日来的雨雪，河水暴涨，根本无法渡过汨罗江。
直至两天后，天空稍微放晴下，日军第六师团和第四十师团才在空军的掩护下完成浮桥架设，开始渡河。
日军第六师团和第四十师团渡过汨罗江后，分别从孝顺岭和长乐街向南攻击前进，而第三师团派出的迂回部队则是在空军飞机的掩护下向东快速的攻击前进，准备包围第三十七军。
第三十七军面对日军如此多的兵力猛攻，全军官兵殊死作战，与日军攻击部队力进行白刃战，用尽一切手段坚守着自己的防御阵地，在一些防御阵地失守后，第三十七军的官兵们仍然利用周围的有利地形，潜伏在山地中继续对敌袭击。
惨烈的战斗持续到了午夜时分，第三十七军各部官兵损失惨重，防御阵地也已经是残破不堪了，于是，第三十七军开始利用夜色的掩护，向东转移至浯口、孙家山、朱公源一带山地，来到日军进攻部队的侧翼，从侧翼向日军的进攻部队进行袭扰攻击。
至此，日军第十一军的进攻部队已经攻占了汨罗江南岸的大部分地区，华夏政府第九战区的守军部队则是在完成了战区司令部的作战命令后，转移至东西两侧山地中，准备从侧翼开始袭扰日军的进攻部队。
其实，在日军第十一军的进攻部队突破华夏政府第九战区在汨罗江南岸的防线之前，日军第二十三军已占领了港岛，因此，日军第十一军实际上已接近完成了此次发起第三次长沙会战攻势的目标了。
但日军第十一军司令官阿南惟几中将在制定此次作战计划时就有趁势攻占长沙城的想法，在日军第十一军进攻部队在突破汨罗江之前，日军第十一军司令官阿南惟几中将就开始和第十一军司令部的部下们进行了讨论。
日军第十一军司令官阿南惟几中将对部下们说明了进攻长沙的必要性，他认为如果这次趁机占领长沙城的话，可以给予华夏政府最大的军事威胁，其次，可以把华夏政府正在向华夏南方集结的兵力牵制在湘北和北方地区，让华夏政府有一种湘省随时可能受到日军全面占领的担忧。
另外，还能对外表明，现在的日军还是有相当强大的进攻余力的，还能让湘省的民众感到华夏政府的军队不足依靠，对华夏民众的抗战信心是一个很好的打击，可以非常有力的促使华夏政府的投降。
同时，第三师团由于攻击比较顺利，便向日军第十一军司令部提出继续向南攻击，进攻长沙的问题，而且，日军的空军侦察也向日军第十一军司令部报告说，华夏军队正向长沙城方向溃退。
于是，日军第十一军司令官阿南惟几中将决定改变原定围歼华夏政府第九战区第三十七军的作战计划，命令东进途中的日军第三师团转向，朝南向长沙城方面追击支那政府第九战区溃退的部队。
命令第六师团的主力部队向长沙东面攻击前进，同时派出一部分部队向长沙方向追击支那军队的溃兵。
命令第四十师团向金井进军，这样，日军第十一军因为司令官阿南惟几中将个人决断，在战争进行之中临时改变原定计划，将攻占长沙城作为了此次会战的最后作战目标。
日军第十一军司令官阿南惟几中将的这个决定也在第十一军司令部中引起不同意见，特别是后勤部门的军官，他们任务这样临时修改作战目标，会给进攻部队的后勤供给造成非常多的困难。
负责长沙城防御的是新二十二军，由于在日军第十一军准备发动此次攻势的时候，第九战区司令薛长官就已经预判到了日军将会进攻长沙，因此命令新二十二军不断的坚固长沙城中的防御工事。
整个长沙城西面以湘江为依托，北、东、南三面形成一个半圆形，由外围向城里层层构筑工事。长沙城东北一线守备由新100师负责，东南一线由新210师负责，新211师负责进驻长沙城垣，担任核心守备任务。
而湘江西岸的岳麓山有瞰制长沙城的地势，第九战区命令第七十三军负责防守岳麓山，与新二十二军隔江呼应，共同对付日军第十一军的进攻部队。
在日军第十一军的进攻部队开始转向往长沙城方向攻击前进后，政府最高层也是给第九战区司令薛长官发来电报，在电报中，政府最高层要求薛长官在长沙城附近与日军进攻部队决战时，要防备日军以一部分兵力对长沙城进行牵制，随后集中主力部队强行与第九战区在外线的部队提前决战，然后在解决了外线的第九战区部队后，再集中兵力围攻长沙。
政府最高层觉得薛长官应该把外线的部队放到距离长沙战场较远地区，保持外线的有利态势，这样确保外线部队的机动和自由，迫使日军进攻部队只能先攻长沙城。