第306团1营坚守毕家山阵地，这里仍是鬼子主攻的地方，日军第13联队拼命地猛攻，1营伤亡惨重，难以支持。此时，102师已无兵力可以派去支援，情急之下，柏辉章把师属工兵营派了上去。结果，经过一昼夜的激战后，毕家山阵地上仅剩下了31名国军将士，情况非常的危急。柏辉章实在是没办法了，就只好向军部求援，军长欧震没有派兵，只是让102师后撤到潼溪街。
次日，鬼子占领了毕家山，乘势强渡潼溪河。柏辉章率领102师残部在潼溪街，死死的抵挡着日军的进攻。随后，鬼子的飞机就对潼溪街进行了猛烈的轰炸，柏辉章率部转移至黄沙街继续阻敌。这时，第102师早已是伤亡惨重了，7000多人的主力师已只剩下2000多人了。可是军长欧震从军部再次发来命令，要求102师坚持战斗，全力阻滞鬼子前进，一定要掩护战区主力完成反击部署。柏辉章对欧震说道：“现在鬼子分头攻击我各个据点阵地，鬼子骑兵到处突击，我师连日激战伤亡惨重，就凭现有兵力，恐怕很难阻挡住鬼子的攻势，能不能给我部派一个团的援兵？”欧震回答道：“军部也只剩下一个警卫团了，而且还要在决战时使用，实在是抽调不出兵力了。薛长官有令，当前战场成败，就全看我第4军能否顶住鬼子的进攻了，你们无论如何也要坚持下去。”柏辉章防下电话，面含悲愤的对部下们说道：“孤军奋战，坚守阵地。直至最后牺牲，我们也要在所不辞！”
欧震为什么死死不肯支援102师呢？原因就是为了保存自己的实力。第102师并不是粤系部队，是临时划归给第4军指挥的。因此，欧震是绝对不会管102师的死活的。好在102师是个硬骨头部队，柏辉章又是个作战经验丰富的指挥官，他们顽强的坚持到了最后的时刻。
柏辉章在新墙河第一道防线的时候，因为鬼子进攻得十分凶猛，薛岳怕他们守不住阵地，急忙布置了汨罗江防线。但薛岳仍然对新墙河防线感到担心，于是，他抽调了部分部队前去支援第4军。薛岳站在地图前，一直没有说话，战区参谋长吴逸志也低着头沉默不语。这次长沙会战，因为还是采用薛岳的“天炉战法”，因此最初的战斗还是以防御为主，其中主要分为三部分，既新墙河防线、汨罗江防线和捞刀河防线。如今守在这三条防线上的部队，多半都是川军和滇军。这些部队不但装备差，而且训练也严重不足，指望他们守住防线真的很困难。薛岳手中还有部分精锐部队，但这是他最后的家底，是用来打反击的。可是，战斗进行了多日，这些杂牌军已经明显的支持不下去了。
日军终于突破了新墙河防线，粤系主力第4军撤退到了汨罗江防线上。日军占领新墙河防线后，仅以小股兵力沿着粤汉铁路南下，不断的对汨罗江防线进行袭扰。因为战事并不激烈，前线的战况还算稳定。薛岳和吴逸志都很高兴，认为他们的判断还是准确的，而且防御阵地也布置得比较合理。而就在他们还在沾沾自喜的时候，日军的主力正经平江方向向汨罗江防线的右翼迂回，悄悄的包围了中国军队的右翼，准备将中国军队压迫到洞庭湖东岸、汨罗江的南岸，在这里将中国军队全部歼灭。
26军发现日军的动向后，即刻就把这一紧急情况上报到了战区长官部。得到报告的薛岳顿时暴套跳如雷，他开口对26军军长骂道：“你个衰仔！为啥让鬼子包抄过来了？丢了汨罗江防线，我第一个先毙了你！”26军军长不敢反驳盛怒中的薛岳，只好在电话里忍受着薛岳的怒火。
这次日军主力由北、东、南三面围攻26军，总共用了一个半师团的兵力，按实际战力计算，3倍于26军。但不管前线态势如何，不管兵力对比如何，在薛岳的严令下，第26军军长知道，这次可真的是在劫难逃了。因此28军上下拼命的死守阵地，全军在阵地上血战了两天。然而，终究是面对3倍于己的鬼子，26军纵然是全力以赴，也难以挡住强敌。23日，日军突破汨罗江防线的右翼，直奔纵深阵地杀来。24日，第37军在长乐街、瓮江方面与日军交上了手。
37军和粤系第4军都是前些日子从新墙河防线上撤下来的，可以说都是疲惫之师了。这两个军强打起精神来，迟滞着日军的进攻。24日下午，占领新墙河防线的日军第3师团，从汨罗江防线正面发起了进攻，这就成了压死骆驼的最后一根稻草。37军和粤系第4军两面接敌，战斗进行得异常惨烈。26日上午，欧震为保存自己的实力，首先率领第4军放弃阵地，致使第37军被完全包围。激战至深夜，37军残部4000余人才突出重围，开始向捞刀河方向撤退。第4军在撤退途中遭遇了空袭，被鬼子飞机炸得人仰马翻的，至此，第4军已经完全失去了战斗力，全军上下乱成了一片。第37军残部在行进至将军坝时，遭遇鬼子骑兵的突袭。枪声一响，军部上下撒腿就跑，在仓惶逃命的过程中，连军部的关防大印都丢掉了。至此，第4军和第37军军部与各师，各师与各下属部队全都失去了联系，将无兵带，兵无将领，偌大的两个军就全都跑散了。
日军在短短10天的工夫，先后击退了第58军、第20军、第26军、第37军，经过两道防御战，好几个军失去了战斗能力。在进军途中，日军投下不少的传单，云：“薛警备司令阁下，欢迎你来共同搞大东亚共荣圈。”“第60师已全部投降，师长董煜阁下已被生俘。”“大头岭之第140师全部被歼，师长、团长全部被俘。”这些传单被送到了留在长沙城内的第九战区长官部，吴逸志一看，就往地上丢，忙不迭地跺上几脚，说：“开始使用心理战了吗？真他妈的好笑！”
薛岳和吴逸志得到全线溃败的消息后，当真是欲哭无泪啊，整整3个军6万余人，仅仅支撑不到半个月的时间，就连续丢掉了两道防线，这实在是让人难以接受。日军打到捞刀河附近，离长沙城也就近在咫尺了。为了作到万无一失，薛岳再次将捞刀河防线加强了一下，并命令参谋长吴逸志即刻将74军调过来，以加强长沙城的防御力量。
薛岳计划在金井至粤汉路东西之线与敌决战，以急需兵力加强金井，于是令第10军前往金井布置“天炉”。第10军军长叫李玉堂，下辖三个师：第3师，师长周庆祥；第190师，师长朱岳；预备第10师，师长方先觉。这是蒋介石的嫡系部队，各连用的都是捷克式轻机枪，装备较好。全军在湖南沅陵(军部及第3师)、桃源(第190师)、溆浦(预备第10师)长期进行整训，列为统帅部的战略预备军。1941年6月校阅后，奉令开往衡山、石湾、大堡、荣山坳等粤汉铁路沿线车站，待命开赴缅甸战场。9月中旬，日军第二次进犯长沙。蒋介石令第10军开往长沙，担任守城任务。
第74军是战区直属军，也是不久前上高战役立下大功的主力军。在江西上高会战后，他们将第一线防务交给友军，调到后方分宜、新喻、奉新一带休整补充。9月18日，忽接上级命令，说武汉方面日军从岳阳通城出发进攻长沙，已渡过新墙河、汨罗江，逼近长沙，战斗非常激烈。命第74军全部西进，急救长沙。全军按第57师、第58师、军部、第51师顺序，经宜春、浏阳向长沙急进。
当他们启程开赴湖南时，第九战区司令长官部对于战局和该军的安排产生了分歧。薛岳、吴逸志认为，日军突破汨罗江的阵地后，一定要直取长沙。长沙重要，必须力保，准备由第79军守长沙，第74军守长沙以东黄花、永安地区。但这个决定又遭到副参谋长赵子立等人的反对。赵子立认为，这次会战，日军是要先消灭中国部队，才再占领长沙。两种认识决定着战局的摆布和兵力的安排。
无法说服薛岳的赵子立无奈的回到了办公室里，恰好电话响了，一拿起是第74军军长王耀武在湘赣途中打来的，和赵子立联络。赵子立当即将汨罗江的情况告诉他，最后有意提醒说：“把你的部队向长沙以东拉，我是绝对不同意的。我的意见是要把你的部队摆在浏阳东北，将来协同友军向西对敌左侧进攻，那样有胜无败。现在决定把你的部队向长沙以东拉，我估计你们由东向西前进，敌人将由北向南前进，恰好出现在你们的右侧，你们将要与绝对优势的敌人发生严重的遭遇性的战斗。”