1942年元旦，当日军突破了预10师一线部分阵地时。阿南司令官见先锋部队已经进入到长沙城内，就迫不及待地报告日军总部，宣称日军已经攻克长沙。日本国内当天就组织了庆祝，以歌颂皇军终于攻克长沙的“神威”，结果开了个国际玩笑，狠狠地幽默了一下世界人民。
1942年元月2日拂晓，二十余架日机，向29团防区发动冲锋，防守金盆岭的第2营官兵伤亡殆尽，带队的副团长陈新喜、曾友文殉国，师长方先觉下令将一线剩余兵力撤出，并对2营阵地实行覆盖炮击。8时许，第九战区设在岳麓山的重炮(150毫米的榴弹炮)开始发威，士乃德山炮和八一式山炮齐射，高射炮和高射机枪也开始对日机开火，迫使敌机不敢低飞和俯冲，只好在高空投弹，因云层阻碍视线，炸弹大都落入湘江水中。因道路破坏严重，日军的重兵器很难跟上地面部队的推进步伐，战场仅有的小口径火炮，被我岳麓山的炮火压制，十分被动。对岳麓山阵地炮兵而言，等待这一刻已经太久，为了随时迎接日军的来犯，早已把长沙市郊的重要据点测绘清楚，心中有数，通过与前线的专线联络确定目标，才有了今日两个炮团的弹无虚发，逼得日军敌炮兵只有躲藏的份儿，无法反击。
元月2日上午，鬼子被迫出动了敢死队，用炸药捆在身上向前冲，防守南门的第28团团长葛先才也组织了几十支敢死队带上集束手榴弹，一组一组冲上去与鬼子敢死队死掐，终于守住阵地。第30团陈希尧部以1个营对白沙岭的鬼子第68联队进行奇袭，击毙鬼子第68联队第7中队中队长丸山信一。上午的战斗，敌人的伤亡人数在二千左右，可谓惨重。
元月2日下午，时间仿佛停滞，双方指挥官都在忙着做数学题。薛司令在计算包围圈合成的进度，得出结果：只要第10军再坚持2天，就大功告成。阿南司令在计算还有多少弹药，认为已经基本告罄，如果空投及时，还是可能攻占长沙的。葛团长在计算还有多少集束手榴弹可以加工成“智慧制导炸弹”，计算后发现集束手榴弹还有很多，而全团减员严重，算上自已也凑不出一个营，看来只得向方先觉开口要人了。方军长在计算，一旦葛团被突破，即依城墙坚守，与阵地共存亡。将妙高峰上的亭塔炸倒，预行消除敌炮射目标，将妙高峰下的一条长街付之一炬，以防敌人突进街道房屋不易肃清。接着可以考虑将师指挥所移到江边仓库地下室继续指挥（所有的船已经被方先觉下令凿沉，不可能退过江去）。
元月2日夜，阿南命令第6师团神田部从第3师团右翼投入战斗，同时命第40师团担任东部山区的警戒，保障以擅长夜袭闻名的加藤大队退路。加藤令其第5、第8两个中队冒死突进，冲到我阵地时，遭到我迫击炮的集中射击，无法前进。加藤决定亲自上阵，带领副官和军曹各一名，穿过城外房屋，摸到步哨线，冷不防被严阵以待的第10军阻击手从屋檐下射出一枚子弹，射中加藤小腹，立毙。接着，其副官与军曹亦被击毙，次日凌晨2时。加藤派出的两个中队，被30团陈希尧部用火力压迫到白沙岭仓库院内，团团围住，然后将汽油泼到房上，一把火全部烧成灰烬。加藤夜袭大队被歼灭后，第3师团士气严重低落。而预10师经过激战，营、连、排指挥员伤亡大半，战斗班长几乎全部更换。从加藤的尸首上搜出自率队出动以来的作战计划和命令等，迅速地被交往薛岳处。薛岳从中获知了第3师团的进犯企图，以及弹尽援绝、只能孤注一掷的现况。看完资料后禁不住拍案大笑：“一纸虽轻，却胜似万挺机枪!”此时，处于外线的各集团军正从三面向长沙推进，薛岳将敌情通报各部队，并严令各部队按原计划快速推进，合围长沙日军。
此时，进攻长沙的日军兵力已经增加到2万多，守城部队不足1万，第10军李玉堂被成倍的日军包围，形势很严峻。蒋介石亲自致电第10军军长李玉堂：
“此次长沙会战之成败，全视我第10军之能否长期固守长沙，以待友军围歼敌人，敌人悬军深入，后方断绝，我主力正向敌人四面围击，我第10军将士如能抱定与长沙共存亡之决心，必能摧破强敌，获得无上光荣。”
元月3日拂晓，第6师团神田部将其主力投入长沙北郊，进攻我第10军190师朱岳部阵地。190师士气高昂，弹药充足，决不退让（退让半步军法处置）。3日下午1时，日军一度占领城北门外阵地，正在欢呼胜利时，被驻扎在岳麓山上的中国炮兵炸得血肉横飞，向湘雅医院收军进攻的1000多名日寇也被炮火轰成肉渣。原来长沙所有可能交战的区域都被炮兵测绘过，如果步兵顶不住，就退出来，交由炮兵来解决。
日军右翼队的石井联队的目标是进攻长沙东郊阿弥岭、济阳门第3师周庆祥部的阵地。第3师周庆祥师长亲自站在城墙上指挥反击，短兵相接，一场白刃战极为惨烈，敌敢死队百余人完全被消灭。左翼队的鬼头大队和横田大队进攻陈家山、孙茅冲、姚家巷、湘雅医院等处。双方终日处于激烈紧张的战斗中。济阳门北大马路，迭起巷战。新军路肉搏四次之多。日军动用火炮、飞机联合轰炸我方阵地，并动用了燃烧弹。守军众将士视死如归、以命搏命，守南元宫之团与敌鬼头大队、横田大队浴血激战，几至同归于尽。横田终被击毙。
敌第3师团得到第6师团的部分增援后，急于挽回颓势。第3师团第68联队第2大队在向冬瓜山阵地进攻时，被预10师的“见面礼”——集束手榴弹招待，大队长横田庄三郎被炸成肉渣。丰岛师团长则亲率7000余日军发起攻击二线阵地——修械所一带高地，双方进行着激烈的争夺，满山遍野尽是敌我不分的尸体。方师长担心葛团长把自已也捆成炸弹跟日本人拚命，早把30团的一个营，师工兵营、搜索连、输送连编成战斗队投入到第二防线作战，交葛先才指挥。打到最后守军几乎伤亡殆尽，阵地11次易手，仅剩的80余国民革命军将士组成敢死队，在机枪掩护下，十几名士兵冲入阵地，拉响身上的手榴弹、炸药包，与敌军同归于尽，夺回阵地。这块阵地先后有两个团的各一营，自营长至士兵无一生还。整个守城部队包括辎重兵、卫生兵、炊事兵，甚至指挥员的贴身卫兵也都投入了战斗。
在攻击长沙无结果,背后又出现包围圈的情况下,日军第十一军指挥部于一月三日讨论停止攻击长沙的问题。经幕僚反复阵说利害,阿南司令才在当日晚上下达了“反转”的命令,限各部队“自今停止扫荡长沙,于一月四日夜开始反转。”(日本防卫厅防卫研究所战史室:《长沙作战》,第183页,第173页。)在长沙前线的日军第三师团师团长丰岛房太郎接到“反转”命令后,曾以第一线部队已冲入长沙,正进行巷战为由,提出“现在只差一把劲,希望把反转的时间再延期一日”的请求,(日本防卫厅防卫研究所战史室:《长沙作战》,第183页,第173页。)遭到拒绝。
薛司令知道预10师作战艰苦，伤亡惨重，连夜调来55师的一个团支援，交方先觉统一指挥。方将军不愿马上使用，他认为：仗易打而账难算，胜了则说是友军支援的功劳；友军伤亡大了，会说我不爱惜友军，指挥上有偏心，所以不到万不得已，决不使用他们。遂安排援军停止待命，而自作破釜沉舟之计。即令师部全体官兵一律上阵，发给武器，分守地堡及坚墙厚壁。
同一个夜晚，阿南司令终于开始担心被中**队歼灭了，开始准备撤军，但撤退前必须痛打中**队一下，让其不敢追击。否则对于弹药严重缺乏的日军而言无疑将是一场灾难。
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