十二月二十日，日軍第六師團按照第十一軍司令部製定的作戰計劃，已經全部集結到了新牆河的北岸地區，並做好了隨時向新牆河南岸發起攻擊的準備。
兩天後，日軍第十一軍司令官阿南惟幾中將從三鎮飛往嶽陽，親自坐鎮嶽陽來指揮這一次的作戰行動，當天，日軍第四十師團和第三師團的參戰部隊也都先後抵達了指定作戰位置。
也就在日軍第六師團全部集結到新牆河北岸的時候，華夏第九戰區司令薛長官也製定了第九戰區的此次作戰計劃。
為了達到引誘日軍進攻部隊至瀏陽河和撈刀河之間的地區進行包圍殲滅的作戰目標，薛長官命令第九戰區第二十七集團軍楊司令指揮第二十軍和第五十八軍沿新檣河抵禦、消耗日軍，然後轉移至關王廟、三江口地區，側擊、尾擊南進之敵。
命令第三十七軍在汨羅江南岸抵禦、消耗日軍，然後轉移至社港市、更鼓台、金井一帶，等待時機向攻擊長沙的日軍部隊發起進攻，命令第九十九軍堅守三姐橋、歸義、湘陰及洞庭湖南岸，隨時準備攻擊進犯長沙的日軍部隊。
命令戰區副司令羅長官由贛北進駐瀏陽，指揮第二十六軍、第七十九軍和第十軍，等日軍進攻長沙城時進行反擊。
命令第七十八軍等部從側翼對進攻長沙的日軍部隊進行攻擊之敵。
命令新二十二軍死守長沙，堅決的把日軍的攻擊部隊死死的拖在長沙城，沒有薛長官的親自命令，不允許後退一步。
這個作戰方針的基本原則就是薛長官研究出來的後退決戰天爐戰法。
隨著日軍進攻部隊的集結到位，日軍第十一軍司令官阿南惟幾中將命令第三次長沙會戰開始，日軍早就準備好的炮兵部隊開始向第九戰區在新牆河南岸的防禦陣地進行炮擊，並派小股部隊試探性的準備強渡新檣河，不過，日軍的試探性強渡被早已準備好的華夏軍隊給打退了下去。
經過一天的試探性進攻，在第二天的時候，日軍第十一軍的攻擊部隊開始向華夏政府第九戰區在新牆河防線正式發起了猛攻。
在日軍正式對第九戰區在新牆河的防線發起進攻的當天，湘北的天氣一反往常冬季的晴朗乾燥，而是開始下起了綿綿陰雨，並且還伴隨著降雪，這讓氣溫驟降至了4c。
這就造成了新牆河的河水因雨雪暴漲，兩邊的水田和道路也是一片的泥濘，給日軍進攻部隊的調動帶來諸多不便，更加重要的是，因為惡劣的天氣，原本計劃中配合日軍第十一軍部隊進攻的日軍飛機因為氣候的惡劣而無法起飛，這讓日軍第十一軍的空中優勢也無法發揮出來。
不過，收到天氣影響的不光是日軍的進攻部隊，在新牆河防線上的第九戰區部隊也因為大雨而視線受阻，日軍第六師團的進攻部隊趁著大雨，悄悄的將進攻部隊運動到了新牆河的中間，然後突然快速的在炮火掩護下衝到了新牆河南岸，讓華夏政府第二十軍的防守部隊有些措手不及。
華夏政府第九戰區第二十軍的部隊堵截不及，讓日軍第六師團的進攻部隊渡過了新牆河並建立了橋頭堡，戰至傍晚日軍第六師團和第四十師團共有一萬多名日軍官兵渡過了新牆河，並連夜向駐防在新牆河防線上的華夏政府第二十軍陣地發起進攻。
華夏政府第二十七集團軍第二十軍下轄第一三三師和第一三四師，按照第九戰區司令的作戰計劃，負責在新檣河以南、汨羅江以北阻擊日軍進攻部隊十天的時間。
日軍進攻部隊渡過新牆河後，第二十軍的部隊便退守到縱深陣地，繼續頑強抵抗日軍的進攻，遲滯消耗日軍的士氣和前進速度。
第二天，日軍的後續部隊第三師團也渡過了新牆河，就這樣，第九戰區的部隊和日軍第十一軍的部隊在漫天的風雪中，於新牆河南岸一線展開血戰，雙方也都是拿出了自己全部的實力，戰鬥的異常慘烈。
其中在傅家橋、洪橋兩地激戰最為慘烈，華夏政府第二十軍第一三三師第九八團第二營營長王超奎率全營官兵死守傅家橋，在風雪之中頑強的抵抗著日軍進攻部隊的猛烈攻擊，直到全營官兵全部陣亡。
第三營營長呂海群也是率領著全營官兵在洪橋和日軍的進攻部隊戰鬥到了最後一刻，最後全體為國捐軀。
華夏政府第二十軍在認為已達到預定的消耗及誘敵目的後，部隊便向關王橋、三江口、王家坊一線轉移，日軍進攻部隊發現了第二十軍正在轉移陣地，於是便趁著第二十軍部隊轉移陣地的時候發動了大規模的進攻。
第二十軍各部麵對日軍的大規模進攻，也是奮力抵抗，與衝上陣地的日軍部隊反複進行肉搏，但在日軍的優勢兵力攻擊下，關王橋、龍鳳橋等陣地相繼失陷，第二十軍也是逐步的撤離到了日軍進攻部隊的側翼，對日軍的進攻部隊進行攻擊。
華夏政府第九戰區第二十軍在新牆河南岸的激烈頑強抵抗，也讓日軍的進攻部隊感受到了華夏軍隊的作戰士氣和意誌非常的高漲，第二十軍在明顯占據優勢的日軍進攻部隊的攻擊下，與日軍浴血奮戰，雖然部隊傷亡非常的巨大，但全軍的戰鬥士氣卻是一直高漲。
日軍第十一軍的進攻部隊在占領關王橋等陣地後，不顧第九戰區第二十軍在側翼的攻擊，全軍連夜向南急進，將主要的戰場轉移到了汨羅江的南岸地區。
同時，日軍第十一軍司令部頒布作戰命令，命令第三師團、第六師團和第四十師團分彆快速的突破華夏政府第九戰區在汨羅江南岸的防線，全軍渡過汨羅江，並在南岸地區包圍殲滅華夏政府第九戰區的主力作戰部隊。
華夏政府第九戰區在汨羅江沿岸擔任防守任務的是第三十七軍和第九十九軍，第九戰區司令部以新市為界，第三十七軍負責防守新市以東，第九十九軍負責防守新市以西。
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