鬼子占领汨罗江两岸的阵地后，认为国军不会再有什么战斗力了，遂冒进长沙，接连攻克平江和永安，逐渐的打到了捞刀河附近。现在长沙会战已经到了最关键的时候，也是薛岳的“天炉战法”的最后阶段。薛岳已经将部队布置妥当，就等鬼子们进入他的“老君炉”了。
立功心切的鬼子第6师团，在没有等到其他部队到位以前，就独自向中国军队发动了进攻。薛岳怕下面的部队过早的发动反击，就严令各部队在目前情况下，严禁向鬼子进行反击。中国军队被动挨打的架势，让第6师团感到异常的高兴，他们连日来一直都向对面的国军第4军发动了大规模的进攻，大有一战取胜的气势。第4军也被打出了火气，他们顶着日军猛烈的炮火，就是死守着阵地不动摇。连续激战了三天，鬼子们的进攻才稍微迟缓了一下，但第4军已经有3000多弟兄长眠于这片国土之上了。这天上午，鬼子的飞机照常前来轰炸，鬼子的重炮除零星炮击外，并没有发动大的进攻。这一反常的情况让第4军产生了警觉，于是就排除了搜索连深入到鬼子的后方去摸摸情况。这一摸，“情况”却大出他们的意料之外，种种的迹象表明，鬼子们正在偷偷的组织撤退，飞机轰炸和炮击完全是在掩护他们的撤退行动。第4军急忙向战区长官部发去了急电，汇报了第6师团正在撤退的情况，并请示薛岳是否可以发动反击了。薛岳的回答是：“不惜一切代价，拖住第6师团，不让他从容撤退，为其他兄弟部队争取时间，一举歼灭其他的日军部队。”
原来日军第13师团和第3师团一部在进至福临堡和桥头镇一带时，被第52军和73军给合围了。进犯至鄂南的第33师团也被阻于嘉义地区，不能按计划与第6师团会师了。冈村宁次意识到自己中了薛岳的“圈套”了，就放弃了进攻长沙的策略，命令孤军深入的第6师团悄悄的北撤。薛岳那肯让第6师团悄悄的溜走啊，他当即就命令第4军拖住敌人，同时电令第74军即刻出发，堵住第6师团的后路。
随着薛岳一声令下，第9战区的国军部队全都行动了起来。但是，鬼子也是拼命的逃跑，他们的机械化程度要高于国军，所以国军就像是瘸子抓小偷，越喊越远了。行动最快的就是第74军和79军了，74军在平江附近，截住了日军第6师团的奈良支队。79军在嘉义地区截住了第33师团一部。经过3天的激战，奈良支队被74军彻底打残了，少数日军突破重围逃了出去。第33师团怕被国军合围，就不敢去解救被围困的部队，灰溜溜的逃过了新墙河。那部分被围的日军部队，在第79军猛烈的攻击下，很快就被歼灭了。其他进攻长沙的日军部队都顺利的跑回了新墙河北岸，就地组织防御以防止中国军队强渡新墙河向他们发动进攻。第37军重新占领了新墙河南岸的阵地，与鬼子隔河对峙。中国军队的反击行动到此结束。在追击鬼子的途中，国军官兵捡到了许多鬼子逃跑时丢弃的物资，但是却没能抓到任何一名日军的俘虏，这不能不说是一个遗憾。
几天之后，中国军队全部恢复了新墙河的原有阵地。冈村宁次处心积虑策划的进攻长沙的作战计划也宣布失败，至此，第一次长沙会战宣布胜利结束。身在重庆的蒋委员长给第9战区发来了贺电，盛赞薛岳的“天炉战法”之精妙，并鼓励第9战区的国军部队要再接再厉，为这场民族生存之战再立新功。并且委派国军副总参谋长白崇禧上将，代表他前往第9战区表彰有功的部队。
其实第9战区的高级将领们都明白，这次长沙会战，其实并非是人们想象的“大捷”。薛岳苦心经营的“天炉战法”只能说是成功了一半，之所以说他成功了一半，是因为他把鬼子们成功的引到了长沙城下，而不成功的地方就是狡猾的冈村宁次识破了薛岳的战略意图，在关键的时候命令部队开溜了。这次长沙会战的结局，是双方谁都没占着便宜，整个战役的初期，国军部队的损失也是很大的。但在后期国军部队也成功的歼灭部分日军部队，所以总体来说是个平手的结局。尽管如此，这次长沙会战是中国军队在日军侵华以来第一次将进攻的日军实实在在的打退了，并且迫使日军退回了原地，可以说日军的战役完全失败了，因此对日军士气的打击不小。同时，长沙会战也极大的鼓舞了全国民众的抗日信心。
国军部队打退鬼子的进攻后，各地百姓纷纷奔走相告，节衣缩食慷慨解囊，仅慰问三军将士的捐款就高达34万大洋。香港《大公报》发自上海的报道《孤岛的国庆》称：“自从租界当局限定悬挂青天白日旗之后，孤岛上海已经多日不见国旗了。现今正值湘北大捷声中，青天白日旗又满街飞舞，激动每一个人的热情，吐出一口窒悬已久的长气。”国民党《中央日报》发表贺词称：“此次湘北大捷，全国振奋，诚是为最后胜利之佐证，而对于人民的信念、国际的影响，关系尤为深重......”紧接着，共产党《新华日报》也发表了评论称：“湘北大捷，鼓舞了抗日军民的士气，也让中国人民看到了胜利的曙光。湘北大捷是国共合作以来的又一次重大胜利......”
同在抗战前线，第9战区的长沙会战一战成名，而同为抗日战场的第5战区的情况就不妙了。早在今年的秋季，第5战区在随早战役中丢掉了随县，到如今也没有收复回来，这让李宗仁一直都耿耿于怀。而蒋介石呢，虽然在大后方的重庆，却始终关注着第5战区的事情。在重庆召开的军事会议上，蒋介石在表扬薛岳的同时，也总忘不了敲打敲打李宗仁，指责第5战区抗战不力。
李宗仁身为第5战区司令长官，对蒋介石指责自己“抗战不力”而感到气愤。他性格较为宽容，但却嫉恶如仇。这些年与日军作战，他从没含糊过，甚至其抗日的决心与信心都远超蒋介石。为了洗刷第5战区“抗战不力”的指责，1940年初，李宗仁策划并发动了冬季攻势。他决定以第11、第29集团军和第33集团军为主力，对河南境内的日军发起一次大规模的进攻，其主要目的是要收复随县等地区。1940年1月5日，准备充分的第5战区发动了攻势。
由张自忠将军率领的第33集团军，首先接连攻克了罗家坡和万水寨两个日军据点，然后33集团军主力迅速向黄家集一带攻击前进，而后又攻克黄家集外围的董桥，切断了钟祥、洋莘镇两路日军的后路，把日军第103师团围困在了黄家集地区。
日军第103师团并非是甲种师团，但是全师团的兵力也高达15000余人，虽然在前期的交战中，被33集团军消灭了数千人，但此时仍然有万余人的兵力。他们凭借着黄家集在地形上的优势，摆出了一副与33集团军决战的架势。第103师团师团长将自己的指挥部设在了黄家集旁边的观头山上，并把炮兵部队也拉上了山顶，他想以强大的火力优势阻挡第33集团军的进攻。
张自忠将军也意识到想要消灭103师团并非易事，这个观头山据点就是块难啃的骨头。通过侦察发现，在观头山下筑有两道战壕、一道铁丝网和一道反步兵壕沟，另外至少还有一个大队的鬼子驻守在山下。想要强攻，那就得拿无数将士的性命去换。张自忠将军本不想这样做，但日军的援兵已经火速赶来，没办法，张自忠将军只能忍痛下令展开强攻。
主攻观头山的任务落到了第33集团军第59军的身上，这支部队是西北军的老底子，也张自忠起家的部队。战斗打响后，59军官兵士气很旺，前面的士兵倒下了，后面的马上冲上去。59军将观头山团团围住，以猛烈的炮火压制着日军。战斗从夜里一直打到了天亮，59军的损失相当的巨大，但鬼子的损失也不小。天两以后，鬼子开始了突围，在一阵激烈的肉搏战后，103师团残部突围而去，与黄家集的日军汇合后，他们重新组织力量开始向观头山反攻。
第二天上午8时许，日军步、炮联合部队约2000余人，附有榴弹炮4门，在3架飞机的掩护下向观头山发动进攻。日军先以炮火和飞机轰炸阵地，约半个小时后，步兵开始发起攻击。59军官兵顶着日军的炮火，在残破的工事内顽强的抵抗着。当日军步兵冲上来以后，59军的官兵们利用弹坑作掩护，组织交叉火力，尽量的消耗日军的步兵。