1941年初，世界形势继续蕴酿着巨大的变化，日本乘英、美忙于应付欧洲战争之机，积极谋求南进，与英、美之间的矛盾日益尖锐。美国也希望利用中国抗战拖住和消耗日本，因而加强了对中国的援助。日本强烈感到自己在远东进行的战争实际上是以中、苏、美、英为对象的，因而处理中国问题必须和解决南方问题、北方问题综合考虑，作长期打算。基于这种背景，日军参谋本部制定了《大东亚长期战争指导纲要》和《对华长期作战指导计划》。这两个文件在1941年1月16日的大本营会议上获得批准，并在御前会议上得到天皇裕仁的御准。
在《对华长期作战指导计划》中，日军大本营提出：“不放松现在对中国的压力，在此期间应用一切办法，特别是利用国际形势的变化，力求解决中国事变。”“作战以维持治安及占据地区肃正为主要目的，不再进行大规模进攻作战。如果需要，可以进行短时间的、以切断为目的的奇袭作战，但以不扩大占领区和返回原驻地为原则。”“准备在1941年夏秋时期，发挥综合战力，给敌人以重大的压力，力求解决事变。”
与此同时，日军在中国关内部队的统帅机关中国派遣军也进行了人事调整。西尾寿造大将卸任回国，由曾经担任陆军教育总监，华中派遣军司令官，陆军大臣的?俊六大将接替职务。
?俊六在日本陆军里素有智将的美名，1910年以第一名的资格毕业于陆军大学。此后曾多次出任日本驻西方国家的武官，可谓见多识广。但是，他在中国的所作所为，却只能用“禽兽不如”，“丧尽天良”来形容。
1938年10月26日，时任侵华日军华中方面军司令官的?俊六率部攻占武汉。日军占领武汉后，在?俊六纵容和唆使下，到处杀人放火、**掳掠，犯下了累累罪行。
在武汉街头，日军肆意用机枪扫射平民，**残杀中国妇女的罪行更是每天都在发生。很多日军宪兵也当街大施淫威。花旗银行一名外国职员目睹此事后说：“这还是日军的宪兵，宪兵尚且如此，其他士兵还能不成为强盗吗？”
日军在占领武汉初期还有计划地连续在城内放火。汉口和武昌不断可以看到日军焚烧民房的大火。抢劫更是常见的事，日军一进汉口便破门而入，翻箱倒柜，洗劫财产。为了鼓励日军的抢劫行为，?俊六下令开设了“汉口野战邮局”，专门存汇日军抢劫所得的赃款。该邮局局长对当时东京《朝日新闻》的记者供称，日军占领武汉后的一个月内，该邮局所存日军士兵的款项，折合日币已达到60亿日元。由此可见日军在武汉的劫掠达到何种疯狂的程度。
?俊六大将进驻位于南京大方巷前国民政府外交部大楼，现日军中国派遣军总部以后，就根据《对华长期作战指导计划》进行了积极的准备，在反复的权衡和推演以后，确定在夏秋季节以第11军为主力实施长沙作战。
6月，阿南惟畿在第11军的一次幕僚会上明确指出：攻取长沙不成问题，高山、大河何所惧，应立即进行具体研究。他还对作战方针、规模等问题做了具体指示。这样，日军第11军就开始了以当年夏秋之际发动对长沙的进攻作战为主题的研究。
6月下旬，阿南惟畿批准了其幕僚拟订的旨在进攻长沙的秋季作战大纲。
7月10日至12日，日军第11军对作战大纲进行了兵棋推演。其作战计划概要如下：
一、关于作战目的：
为摧毁敌抗战企图，予第9战区敌军以深重打击，不以占领地点和夺取物资为目的。
二、关于作战名称：
略称为“加号作战”。
在苏德战争爆发之前，为了解除自己南进的后顾之忧，日本采取措施调整对苏邦交，和苏联签订了《苏日中立条约》。
苏德战争爆发后，日本大本营立即决定派军队进驻法属印度支那南部。日本于7月2日的御前会议上决定秘密进行对苏战争准备，一旦苏德战争的发展对日本有利，即使用武力解决北方问题。为此，大本营考虑从中国派遣军抽调5～8个师团北进，其中包括第11军的第4、第6、第33师团，同时还将其第3、第13师团列入抽调计划。这就不能不影响到正在准备进行长沙作战的第11军。7月11日，日本大本营又发布了对苏警戒的战备命令，随即进行了所谓的“关东军特别大演习”。新任“中国派遣军”总司令?俊六和第11军司令官阿南惟畿强烈反对大本营的这一考虑，认为彻底摧毁中国继续战斗的企图、解决中国问题才是日本的根本国策，而这时候突然减少派遣军的兵力，将使重庆的国民政府重新获得生机。在这种情况下，第11军一面继续加紧作战方案的准备工作，一面派人赴东京，商讨长沙作战的有关事宜。虽然大本营对于到底抽调多少武汉地区的日军北进未做出最后决定，但却大体上商定：一、只将第4师团调出，如能增加1个独立混成旅团，则占据地区不变动，长沙作战仍可实施。调出驻守安义的第33师团的荒木支队，安义地区需要收缩。
二、调出第4、第6师团，如增加1个独立混成旅团时，占据地区纵不变，但不能实行长沙作战。
三、如再将第3师团也抽出，而增加1个独立混成旅团，则根据情况放弃岳阳。
四、长沙作战，计划由9月1日开始集中输送，9月15日发起攻势。因此，当地驻军8月20日前，如无抽调命令，大体上按实施长沙作战进行处理。
这样，第11军继续进行进攻长沙的作战准备。8月14日，第11军召开了师团长会议，公布了作战指导要领，对各师团的任务做了秘密指示。同时，第11军将有关情况向中国派遣军总部做了报告。
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8月9日，日本大本营会议决定放弃对苏行使武力，不从中国派遣军抽调兵力，转而专门考虑南进方针。中国派遣军总部根据大本营的指示，于8月19日通知第11军实施长沙作战，并令华北方面军及第13军各抽调一部及第3飞行团主力协同作战。然而，当日军大本营着手制定南方作战计划时，长沙作战又成了争论的焦点。
当时，在中国战场上，作为南方作战的预定兵团，除驻在华南的第18、第38师团外，另有第4、第33、第21及第5师团；同时，驻武汉的日军作战飞机也必须在9月调出。因此，经过一番激烈的争吵，大本营要求在下列条件下研究长沙作战问题：一是准备南调的师团不参加长沙作战；二是协助长沙作战的空军部队约为军侦察机、战斗机各1个中队，第3飞行集团在9月调出；三是华南的兵力不能转用于华中或华北；四是华中抽出1个汽车联队。
8月26日，日军大本营发布了决定进行长沙作战的“大陆命第538号”：“中国派遣军总司令官为完成当前的任务，夏秋之际在华中方面可暂时超越规定的作战地区进行作战。”
9月1日，中国派遣军总部向第11军传达了大本营的上述命令。
然而，就在大本营发布决定进行长沙作战命令后没几天，日军参谋本部的作战课内，中止长沙作战的意见又开始抬头。经过争论后，大本营于9月2日对长沙作战又提出了两条附加条件：一是明确抽调的兵力在南方展开前，不得使之参加长沙作战；二是长沙作战要尽快结束。
就这样，几经反复，日军大本营在进攻长沙问题上总算有了最后的定论。
阿南惟畿在焦急不安地等待中总算接到了大本营最后的有关长沙作战的指示。随后，他令参谋人员根据“加号作战”方案，拟定出更为详细的作战计划。
自8月中下旬起，日军第11军开始向湘北集结作战兵力。主要部队及集结位置是：
第3师团：配属4个山炮大队，8月下旬由湖北应山附近出发，9月16日前后集结于岳阳东南的小桥圳；
第4师团：配属山炮、迫击炮各1个大队，8月下旬由湖北应城、安陆地区出发，9月10日前后集结于岳阳东南的新开塘附近；
第6师团：配属2个山炮大队、1个迫击炮大队，原在岳阳、崇阳担任守备，9月中旬集结于岳阳以南的草鞋岭附近；
第40师团：配属1个山炮大队，9月上旬由湖北大冶、咸宁地区西移至桃林附近集结；
早渊支队：以第13师团4个步兵大队、2个山炮大队为基干组成，9月15日集结于岳阳以东的冷水铺附近；
荒木支队：以第33师团3个步兵大队、1个山炮大队为基干组成，9月上旬集结于桃林附近；
平野支队：以独立混成第14旅团1个步兵大队、1个山炮中队为基干组成，9月中旬由江西瑞昌移至岳阳城陵矶附近集结；
江藤支队：以独立混成第14旅团1个步兵大队为基干组成，9月中旬由江西瑞昌移至临湘附近集结；
战车第13联队：配属2个轻装甲车中队，9月中旬由武汉向岳阳集结；
野战重炮兵第14联队，9月中旬由武汉向岳阳附近集结；
第11军工兵队：以3个独立工兵联队、8个架桥材料中队为基干组成，9月上中旬由武汉向岳阳、临湘地区集结。
9月15日，第11军在岳阳设立司令部战斗指挥所，并召集各部队参谋长会议，检查发动攻势的准备情况。该军9月上旬最后确定的作战计划要点是：
一、作战目的：摧毁中国军队的抗战企图，给西部第九战区军队一大打击。
二、作战方针：军决定9月18日开始攻势，击败新墙河、汨水之间的中国军队；接着准备自长乐街附近进入汨水下游一线发动进攻，攻击该河左岸之中国第4军及第99军。在新市—栗桥（新市南约25公里）公路一线突破敌人阵地，以军的主力将敌包围在该公路以西湘江一带歼灭之；另以一部（第6、第40师团）击败蒲塘（平江正西偏南约10公里）方面山地内之敌。大致于10月上旬结束作战后反转，集结兵力于岳阳附近。
攻击汨水左岸地区中国军队的开始时间预定在9月23日，9日底前达到作战目的。
第11军在集中后期，以一部兵力协同海军向洞庭湖西岸的常德佯攻。
为牵制中国第九战区军队，第11军令警备在赣北方面的兵团适时发动攻击，使在赣北地区的第九战区部队不能回援湘北。
从阿南惟畿的上述部署可以看出，此次作战，他吸收了第一次长沙会战时日军分散使用兵力的教训，不再是从赣北、鄂南、湘北三个方向进攻长沙，而是将所有的兵力全部集中在湘北，形成湘北方面的绝对优势。阿南惟畿这一部署，充分说明他是铁了心要吃掉第9战区的主力部队。
日军在进行紧密的作战准备，镇守湘北地区的第九战区也没有虚度光阴。虽然自从民国28年下半年日军向长沙发动的进攻遭受挫败以后，日军在中国关内地区的唯一机动作战集团第11军将近两年都没有再尝试向第九战区的控制区发动大规模进攻。第九战区继续在横跨湘、鄂、赣三省的长江以南地区与日军第11军形成宽正面对峙。但是，由于日军控制了湖南的北面门户岳阳，随时可能在调集兵力以后，向长沙发起进攻，所以，第九战区一直没有放松对日军的戒备。
1940年7月，军事委员会重设第六战区后，第九战区向西、向北与第六、第五战区的分界是石门桥（常德南约15公里）、连山湖南岸、大通湖北岸、洞庭湖北岸沿长江至武汉下游迄九江之线；向东与第三战区的分界为抚河、鄱阳湖口之线。这几个战区共同构成对武汉日军第11军的包围态势，正处于日军所谓“作战地区”的当面，故作战行动较为频繁。
第九战区根据本战区地形和日军部署，并总结第一次长沙会战、上高会战等作战经验，判断日军的进攻方向：在赣北方面，一是由德安、安义指向武宁、修水、铜鼓，一是指向高安、上高、万载，或指向新淦、吉安；在鄂南方面，可能由崇阳、通山、通城向南指向平江、浏阳；在湘北方面，则由沿粤汉铁路两侧地区向南直趋长沙。以上各方向中，湘北当为主要方向，其他则为策应方向或牵制方向。据此，第九战区乃将主力部署于湘北方面，并利用横亘于此方向纵深内的新墙河、汨罗江（汨水）、捞刀河、浏阳河等构筑多层阵地，加强防御的韧性，将机动部队控制于东侧幕阜山、连云山山地，以便侧击进攻日军。1941年3月17日，第九战区制定了反击作战计划。
其方针是：在赣北、鄂南方面，对非主攻方面之敌，力求将其夹击于崇仁、新淦以北，宜春、万载、铜鼓、修水以东及修水、长寿街、梅仙以北地区，予以各个击破；在湘北方面，“敌如以主力由杨林街、长乐街、福临铺道及粤汉铁路两侧地区向长沙进犯时，则诱敌于汨罗江以南、捞刀河两岸地区，反击而歼灭之”。其指导要领主要是应用诱敌深入、反击歼敌的战法。
第九战区的部署主要意图是在日军向长沙进犯时，让开大路，占领日军进军道路两侧，等待日军遭到坚强抵抗，久攻不下的时候，处于日军侧翼位置的中国军队则伺机杀出，对日军发动侧翼进攻，切断日军的后勤供应线，寻找机会围歼日军之一部。
这个时候，第九战区所辖正规部队为3个集团军11个军30个师，另有若干游击纵队。其部署为：
第99军（战区直辖）：担任汉寿、沅江、青山一带洞庭湖湖防及湘阴、营田、归义间湘江、汨罗江守备。
第27集团军总司令部位于平江。其所属：
第4军：担任磊石山、鹿角、至公田间新墙河南岸守备，并以一部占领新墙河以北筻口、大云山前进阵地；
第58军：担任黄岸市、九岭、北港、赛公桥一线守备；
第20军：担任通城、铁柱港、斗米山、杨芳林各线守备。
第30集团军总司令部位于修水。其所属：
第78军：担任观音阁、潭埠之线守备；
第72军：以一部守备东坑岭、留咀桥之线，主力集结于三都南北地区。
第19集团军总司令部位于南昌。其所属：
新编第3军：担任靖安、奉新一线守备；
第74军：集结于南昌地区整训；
预备第5师：担任吴城一线守备；
江西保安纵队：担任锦江南岸守备。
第37军（战区直辖）：集结于长乐街、瓮江、福临铺间地区整训。
第26军（军事委员会直辖）：集结于金井、浏阳、永安市一线整训；
第10军（军事委员会直辖）：集结于衡山地区整训。
新编20军（军事委员会直辖）：集结于湘潭、株洲一线整训。
湘鄂赣边区挺进军（辖7个纵队）：主力部署于咸宁、瑞昌间地区担任游击。
第九战区司令长官部位于长沙。
9月11日，武汉，日军第11军司令部。
亲临武汉监督会战准备的?俊六大将在军司令官阿南将军宣读了大本营的命令以后，站了起来，用他的一双三角眼睛扫视了一圈在座的第11军各部高级军官，然后声嘶力竭的喊道：“天皇陛下对我军的作战给予了莫大的希望，期待诸君能够发扬帝国军队的优秀传统，不畏困难，奋勇攻击，一举歼灭支那第九战区部队的主力，为天皇陛下的伟业，为建立大东亚共荣圈，奋斗！”
“天皇陛下万岁！大东亚圣战万岁！”在?俊六大将的鼓动下，一个个日军高级军官，都站了起来，向着东京的方向高声的喊叫。
9月15日，阿南惟畿在岳阳前线指挥所召开了各师团参谋长及作战主任参谋会议，对整个作战的指导方案进行了详细说明，以贯彻其作战意图，同时也为其部属打气。
所有工作布置完毕后，阿南惟畿不禁长长地出了一口气。面对整装待发的军队，阿南惟畿踌躇满志，他甚至企盼战斗能够早一日打响，以便早一日收到日军攻占长沙的捷报。