薛岳并不知道，日本在１９４４年初猛然扩编和新增了三十二个师团。相当于日本１９４３年兵力总数的一半。他们当然有能力在进行豫中会战的同时，增派兵力到中国，进行长衡会战。
又过了几天，杨森集团军第二十军军长杨汉域来长沙向薛岳报告：“本军在临湘敌后打游击的一个营，近几天接连向军部报告，日军已在临湘、岳阳一带大量集结兵力，准备进攻长沙。情况异常严重”
薛岳付之一笑，认为是下级军官被日军迷惑，大惊小怪。他傲慢地说：“经历了第三次长沙会战，日军还敢向我战区进攻吗？何况豫中大战仍在进行，日军必然在长江岸边虚张声势，向南佯动，以牵制南岸部队。”
第二天，机要秘书送来重庆军委会十万火急军情通报：现已证实，有大量日军集结在湖南北部和湖北东部的南通和崇阳一线，目前正向南移动占领前进阵地，准备大举进攻长沙。薛岳看了，大吃一惊。
当夜，第九战区长官部召开紧急会议，研究御敌方案。会上争论激烈。以战区代理参谋长赵子立为首的人认为：日军进攻豫中平原所动用的兵力，规模空前，从目前得到的情报看，日军进攻长沙的兵力也是规模空前，又加上日军有三次长沙会战吃败仗的教训，必然采用新的方法来攻。因此，必须制定新的作战方案。以薛岳为首的人坚持认为，日军可能用较大兵团来攻，但决不是所谓规模空前，大得可怕。同时，这山这水这地，仍是以前的模样，日军在这样的环境中作战，纵有千变万化，也逃不脱“天炉战法”的天罗地网。
最后，当然是薛岳的意见占了主导，仍按老办法布置兵力迎击日军。薛岳只接受了别人的一个教训，就是不久前蒋鼎文的长官部被日军打掉，使第一战区陷入大混乱。为防万一，他决定将战区长官部转移到长沙以南约二百公里的耒阳。
薛岳部署完毕，就带着长官部人员去了耒阳，同时将第九战区的兵力部署和作战计划上报军委会。
薛岳刚到耒阳，就收到何应钦和白崇禧的电报。电文说，第九战区对敌情的判断不合实际，过分乐观，兵力部署存在问题，必须迅速变更。
薛岳没有理睬上面的命令。但是，白崇禧发了电报，还不放心，又给薛岳打电话：“根据掌握的情报，日军在湘北集结的兵力，大大出乎我们的预料，其战力绝非到长沙就达极限，就是到了衡阳也未必达到极限。我和何应钦总长的意见是，放弃长沙，固守衡山，在渌水以南与敌决战。”
薛岳大声说道：“长沙是湖南省的中心，第九战区在这里部署数十万大军，如果不守长沙，有何颜面见湘中父老？长沙必须死守，主力在渌水以北浏阳以西地区与敌决战”
白崇禧说不动薛岳，两人在电话里吵起来。
薛岳想，你白崇禧纯粹是蹲在重庆瞎指挥。想想１９３９年９月第一次长沙会战，你和陈诚跑来渌口，不是也说长沙守不得吗？结果怎么样？三次长沙会战都打下来了。按我薛某人的办法，次次凯歌高奏，你蒋委员长，你军委会的大员，也得次次为我颁发胜利勋章。
白崇禧深知薛岳是个牛脾气，要说服他实在太难。前三次长沙会战的战绩蒙住了他的眼睛，别人更难动摇他的判断。要论湖南的战事，最有发言权的当然是他薛岳。何应钦和白崇禧只好默默祷告，但愿一切都如薛岳预料的那样发生了。
５月２７日拂晓，日军的铁蹄又踏上湘北大地。横山勇指挥第一线兵团发起了攻势。
日军左路兵团，由山本师团和赤鹿理师团从崇阳沿湖南和江西边界的山岳地带向南猛插。第二梯队为落合师团等部。
日军中路兵团，由佐久间师团和岩永旺师团从岳阳地区突破第二十军防线，直向长沙扑来。第二梯队为毛利末广的第五十八师团和伴健雄师团。
日军右路兵团，由宫川清三的第四十师团、独立步兵第一○六大队、峰川建一的独立混成第十七旅团、独立步兵第五旅团、军直辖针支队、海军舰队和陆战队等部队从洞庭湖水域向南进攻。
前线已在激烈战斗。
在长沙的湖南大学，守卫长沙城的张德能第四军、战区特务营和炮兵第三旅，正在开一个三方会议，研究兵力配备和步、炮兵协同作战。张德能、赵子立和王若卿分别是这三支部队的长官，薛岳责令他们三人守城，却没有明确谁是统帅。三马同槽，职责不明，谁也管不了谁，指挥难免混乱。他们都认为日军将以大兵团进攻长沙，但在兵力部署上各执己见，相持不下。
赵子立为自己分辨道：“长沙只应作为一个持久的防御点来迟滞、消耗敌人有生力量，以争取时间，以利于我机动部队的集结与决战。因此，应将第四军的两个师和炮兵置于城西岳麓山，一个师放在城里。只要岳麓山阵地能确保，长沙城就可确保，就是在长沙城不能确保时，由于主力在岳麓山这边，也可掩护城里那个师西渡湘江，免遭日军歼灭，向西或向南撤退也来得及。”
张德能的意见与赵子立针锋相对，主张将主力放在城内死守。他决心亲率两个师住进城去，一个师放在岳麓山。
双方争执不下，张德能搬出薛岳来压人，厉声道：“第四军将主力放在城里，是薛长官的指示。”
张德能是第四战区司令长官张发奎的侄儿，与薛岳的关系自然密切。他没把赵子立放在眼里，要按自己的主张行事。他将第九十师放在岳麓山这边，自己率领第一○二师和第五十二师住进城里，军指挥部设在城内坡子街中央银行的防空洞内。
６月６日，日军右路兵团突过洞庭湖水系，占领沅江，将第六战区南下救援的王耀武集团军阻击于益阳地区。日军继续南下，于１６日攻占长沙西面战略要地宁乡。
中路日军的两个师团，突破新墙河南岸的守军第一道防线，一度包围第一三三师，并企图包围歼灭杨森集团军总部和杨汉域军主力。杨汉域军另外两个师前往救援，打破日军包围，杨汉域军主力和杨森集团军总部才从平江退向左侧，企图向浏阳地区靠拢。
中路日军第一线兵团长驱直下，在６月８日就抵达长沙城郊，仅以一部分兵力攻打长沙城，主力绕过长沙，继续向南推进。
中路日军第二线兵团伴健雄师团和毛利师团，在一线兵团扫清的通道上快速推进。１３日，伴健雄师团与右路军的志摩支队和针支队会合，共四万多兵力，从长沙北面突然西渡湘江，迂回攻打岳麓山守军。而毛利师团也在这时抵达长沙城下，迂回到西南方，向长沙发动猛攻。
此时，日军左路的第一线和第二线兵团，夹击和围攻浏阳地区的中国守军机动部队王泽浚第四十四军、傅翼第七十二军、鲁道源第五十八军和罗奇第三十七军，打得这几个军乱成一团，纷纷向江西边境突围溃退。
整个战区乱了阵脚，陷入被动挨打的局面。
薛岳急得顿足捶胸，叫苦不迭，只得向各集团军、各军下令：“各部队索敌攻击。”
长沙城处于万分危急之中，日军兵团汹涌而来，其锐气在推进途中丝毫未受挫折。
岳麓山守军力量单薄，在日军连日猛攻下，渐呈不支状态。
张德能这时才知道赵子立的意见是正确的。他想从城内抽一个师增援岳麓山，但城内船只早已派去疏散物资，无船可用。
１６日深夜，岳麓山外围阵地失守，山上的炮火支援受到削弱。湘江东岸，日军疯狂地向城内猛扑，突破了城内部分核心阵地。
张德能面临的情况万分险恶，如果岳麓山失守，城内的两个师将被全歼。他命令第一○二师抢渡湘江，增援岳麓山。
战况惨烈，从城里撤退的第一○二师官兵，以为是从长沙撤退，拥到江岸时，便争相渡江，秩序大乱。队伍过江后，沿着岳麓山至衡阳的公路退却，张德能还蒙在鼓里。
几天来，他到城内各阵地督战，成天被日军飞机炸、大炮轰，早已疲惫不堪。那天夜里，他将守城的任务交给第五十九师师长，带着几名卫士乘船过了湘江，准备亲自去镇守岳麓山。他来到湖南大学，已是凌晨４点，走进屋子，一头栽倒在地，呼呼地睡了过去。岳麓山上百十门大炮的吼叫，也没把他吵醒。
１７日早晨，最先醒来的卫士看见外面江边上第一○二师的官兵往衡阳方向跑，赶忙推醒军长。张德能勃然大怒，冲出去“砰砰”朝天放了两枪，大声吼道：“统统回来，不回来我枪毙你们”但是晚了，该师大部已在天亮前撤退。
１８日早晨，岳麓山失守。
同一天，城内的第五十九师见岳麓山被日军攻占，失去了依托，只好突围出城，向浏阳方向撤退。长沙失守。
蒋介石得知败讯，十分震怒，连连责问：“第四军是怎么搞的，谁叫他们撤退？”他接到孙连仲第六战区第二十四集团军王耀武从湘北前线打来的电话，说他奉命率部增援长沙，被优势日军堵截在益阳地区。他曾打电话找赵子立请求任务，赵子立说，在守卫长沙的问题上，他和张德能意见分歧，张德能固执己见，将主力放在城内，看来长沙是守不住了。他身为战区代参谋长，却不能指挥长沙防卫战，希望王耀武据实报告委员长。
蒋介石对张德能失守长沙怒气冲天，立即下令：赵子立和张德能前往重庆，向军委会汇报长沙作战经过。
蒋介石要的两个人刚到重庆，张德能就被军法执行总监部逮捕下狱。后经军法部审判，确认他在守卫长沙城的战斗中犯有罪行，判处死刑，于当年７月枪毙。赵子立在长沙守卫战中被张德能架空，未负实际责任，免予追究。
长沙失守，蒋介石为确保衡阳，决定在渌水至衡山地区采取“中间堵、两边夹”的战略手段，将长沙地区的日军阻挡在渌水以北。他电令薛岳迅速调整部署，达成以上战略目的。
但是，由于战场形势剧变，蒋介石的战略企图变成了画饼。
薛岳接到蒋介石的电令时，第九战区仍在执行“各部队索敌攻击”命令，实际上，是各部队都被日军追踪攻击，根本无法收拢兵力，组织实施蒋介石的战略计划。直到２３日，薛岳才与各部取得联系，下达各自的集结地点和攻击目标，但为时已晚了。
中路日军第一线兵团，在第二线兵团围攻长沙城时，便沿长沙东侧继续南下，好像是为了阻击从衡阳北上增援长沙的中**队，实际上另有他图。当日军第二线兵团刚刚攻下长沙，已经过一定休整和补充的第一线兵团，立即从株洲附近沿湘江两岸向衡阳推进，行动迅速，一鼓而下。
在湘江东岸，佐久间师团疯狂南进，到达衡山地区，与守军打了两天，于２３日清晨抢渡洣水，当晚进抵衡阳东南郊区的泉溪，并连夜渡江。２４日白天，该师团主力冒着美军飞机的轰炸扫射，继续强行渡江。
岩永旺师团与东岸日军齐头并进，于２３日到达衡山地区，迅速突破守军防线，２６日抵达衡阳附近，迂回到衡阳城西郊。
同时向南突进的还有赤鹿理师团。它在日军攻下长沙城时，从江西上栗突然南进，穿过萍乡、攸县和安仁等县境，在衡阳东北方警戒井冈山地区的中国部队，以保证进攻衡阳城的日军的侧背安全。
这三个师团的日军，都是在中**队企图中间堵、两边夹的部队尚未部署到位时，就顺利突破了险峻地域，成功地打了一个时间差。
日军快速部队在衡阳郊区的进攻打响一天之后，杨森集团军和王陵基集团军才在渌水以北的湘赣边境山地集结起约十五个师的兵力，向醴陵地区出击。但是，这些部队尚未充分展开，便遭到日军三个师团的抢先攻击，拳头尚未捏拢就被冲散。
湘江西岸的王耀武集团军，也没料到日军南下如此之快。本来要调集各军与东岸的川军夹击日军，可是还没来得及集结部队，东岸的川军就被冲散了，而日军已在攻打衡阳城，在此夹击日军已失去意义。王耀武便令李天霞第一百军和施中诚第七十四军各一部，跟踪向南追击日军，又令其他各军迅速向安化、新化和宝庆地区集结，准备去解衡阳之围。
第四次长沙会战是长衡会战的第一阶段，而长衡会战又是日军为援助南洋日军而进行的打通大陆交通线作战的重要组成部分。在第四次长沙会战中，中国守军多次打退日军的进攻，给日军以重创，但是由于薛岳的轻敌和张德能的指挥失误，未能阻挡日军的大规模进攻。
日军越过了长沙，大西南最后一重门户衡阳城，直接面对着日军滴血的刀锋。岩永旺师团和佐久间师团，在两翼策应下，对衡阳虎视眈眈。
这时候，在第十军作战室的隔壁，军长方先觉叉腿立于房中，双手反背，久久仰头凝视着房顶，已达三个多小时。突然，参谋急急忙忙闯入，慌乱地大声喊道：“快，军座，委员长电话”
方先觉一愣，一反以往的沉稳和宁静，匆匆朝作战室奔去。
“是方先觉吗？。”电话里传来蒋介石的声音。
“报告委员长，我是方先觉”
蒋介石对方先觉下令：第十军在衡阳城中坚守十天到两周时间，以阻滞、吸引和消耗日军，配合外围部队，力争将日军击溃或消灭在衡阳一带。“此次衡阳会战，关系到国家民族存亡，衡阳得失，尤为胜败关键，希弟安心死守，余必督促空军，助弟完成空前大业。”末了，蒋介石加强语气，别有深意地补充说：“方军长，第十军和衡阳城就交给你了”
方先觉立正回答：“委员长放心，我一定忠于职守，效命党国，人在城在，人亡城失。”
不久，日军飞机飞临衡阳上空，对衡阳市区狂轰滥炸。紧接着，由株洲、渌口沿湘江东岸南下的日军，乘夜晚抵进衡阳城东三十公里的泉溪市，第一九○师派在对岸的少数警戒部队，对日军稍作出击，便撤回阵地，与日军隔岸对峙。
“各位官长，各位同仁，各位袍泽：值此大战来临之际，我军民同仇敌忾上下一心，共赴国难。然战火无情，为减免牺牲，务请民众一律撤退其所不能带走之物品，务必将门窗钉牢封存。如房屋被敌击毁，乃无法避免之损失；若是人为者破门而入之损失，本军将保证照价赔偿”
衡阳空城了
军地联席会议上，国民**军第十军军长方先觉将军慷慨激昂：“军部命令：全军各级政工人员，将会同市、县政府工作人员分头劝导民众；并请粤汉、湘桂两铁路局调集车辆于东西车站疏散战地人民。南行者乘粤汉路车，西撤者乘湘桂路车。军部派参谋人员协助办理民众疏散士兵维持秩序；辎重团派兵一连照顾老幼”
城里的百姓不断地向城外涌去，城外的军队紧急向城里集结。
道路两边两股人群像两股暗流般涌动着