中国军队在长沙城中攻击前进
1月2日，日军向长沙发起。第九战区命令第十军固守长沙，其余各部则以长沙为目标，分别从南、东、北三个方向作“求心攻势”，围歼日军。从2日到4日，第十军挡住了日军两个师团的猛攻，以惨重的伤亡代价大量杀伤了日军，为主力围歼日军创造了条件。4日，中国军队全线反击，日军向北退却。第九战区将在长沙围歼日军的计划改为分路追杀日军。由于日军兵力不足，弹药缺乏，而中国军队准备充分，士气较高，日军的北撤十分艰难，几乎每日都在激战中度过，伤亡十分惨重。15日，经过10余天苦战，依靠空军援助，日军突破重围，狼狈撤回了新墙河阵地。第三次长沙战役结束。这次战役，日军伤亡达5万人，内有大队长、联队长以上军官10人，遭到了惨败。
