12月30日，蒋介石致电薛岳，指出：“一、敌似有沿铁道逐步推进攻占长沙之企图。二、该战区在长沙附近作战时，为防敌以一部向长沙牵制，先以主力强迫我第二线兵团决战，然后围攻长沙。我应以第二线兵团距离于长沙较远地区，保持外线有利态势，以确保机动之自由，使敌先攻长沙，乘其攻击顿挫，同时集举各方全力，一举向敌围击，以主动地位把握决战为要。”当日，薛岳致电蒋介石表示：“本会战职有必死决心，必胜信心。为捕拿战机，歼灭敌人，获得伟大战果计，经规定下列三事，分电各部遵办：（1）各集团军总司令、军长、师长务确实掌握部队，亲往前线指挥，俾能适时捕拿战机，歼灭敌人。（2）职如战死，即以罗副长官代行职务，按之计划围歼敌人。总司令、军、师、团、营、连长如战死，即以副主官或次级资深主官代行职务。（3）各总司令、军、师、团、营、连长倘有作战不力，延误战机者，即按革命军连坐法议处，决不姑息。”

12月31日，日军第3师团到达?梨市并准备渡过浏阳河，第6师团进至麻林以南，第40师团也进到长沙以东。日军各师团已进入第九战区部队的预定包围圈中。于是，战区令各集团军于1942年1月1日子夜开始攻击敌人。这时，蒋介石命令第73军、第74军、第4军从湖北、广西、广东等地急进到宁乡、衡阳、株洲。野战重炮兵第1旅从衡阳前进，进入长沙市对岸的岳麓山阵地，准备支援市区守军作战。

防守长沙市区的部队为第10军李玉堂所部。12月30日，李军长制定了保卫长沙的作战计划，并命令各部队迅速完成各据点工事，特须有独立作战之准备；详密划分守备区域和通讯联络；充分准备粮弹，统治湘江内船只。命令所属第3师以主力占领长沙城垣；预10师占领自水陆洲、猴子石、金盆岭、黄土岭、林子冲、左家塘、半边山之线；第190师占领左家塘、杨家山、鞍子山、湖?渡、复兴寺附近、新河正街之线，阻敌进攻。

在长沙保卫战准备过程中，薛岳曾下手令给长沙的党、政、军各机关部队，规定了详细任务，并命令第10军军长李玉堂统一指挥长沙的文武官员，以必死的决心，必胜的信念，协同一致，完成保卫长沙的使命。从12月23日开始，长沙市的人口、物资即向后方疏散。守城军队加紧进行阵地修整，在长沙郊外配备第一线守备兵力，准备战斗。

日军攻击长沙市区，我军坚守阵地与敌激战

1942年1月1日，日军展开了对长沙市区的进攻。当日8时，日军第3师团渡过浏阳河后向长沙郊区前进。11时许，向阿弥岭南北之线的守军预10师阵地发起攻击。激战到16时，守军阵地被日军突破。预10师退守半边山、左家塘一带既设阵地抵抗。18时左右，守军阵地再被突破。在战斗中，守军第29团第1营伤亡殆尽。日军继续进攻，被守军阻于军储库、邬家山阵地前。

1月1日的攻城作战刚刚开始，日军第11军便迫不及待地致电大本营和中国派遣军总司令部，祝贺元旦胜利！

这时，日军第11军情报部门破译了薛岳令各集团军向长沙附近集结，准备围歼日军的电报。阿南急令第3师团加紧攻击，企图在第九战区部队形成包围前攻占长沙。于是，日军第3师团与守军预10师在军储库、邬家山地区展开激烈争夺战。从1日夜至2日凌晨，中、日两军在长沙东门、南门外展开激烈战斗，反复肉搏，阵地多次易手。在战斗中，第29团团长陈新善、团附曾友文等阵亡。第28团与敌英勇战斗，歼灭了被围于白沙岭的日军部队，获得了日军作战命令，阵中日记等文件，从中得知日军弹药粮秣携带数量甚少，以及其进攻计划，各师团位置等重要情况。第九战区立即将此情报通报正在从三面向长沙推进中的外线各集团军，并令各集团军按预定计划快速向进攻长沙的日军合围。