侵略战争使得日本本土政坛更加疯狂，近卫内阁不堪战争“重用”而垮了台，“战争狂人”东条英机激流勇上，出任新首相，随后就决定对美国、英国和荷兰开战。自日军偷袭美军在太平洋的军事基地——珍珠港，发动了太平洋战争。为了牵制中国军队并策应日军占领香港和南洋各地，侵占华中的第11军司令官阿南惟畿决定再次进攻长沙，打通粤汉线，策应日军在南部的行动。
仅隔两个多月的时间，阿南惟畿又要进犯长沙了。行动之急迫，除了上面的大战略外，他还得到情报说：“中国军队守长沙的主力第10军和第74军已调往他处。”见长沙守军势力薄弱，有机可乘，因此企图一举攻占长沙，再向南进，他立即集结第3、6、34、40师团全部及独立第14、第18旅团和炮兵，工兵、空军等，合计约12万人，准备于1942年元旦占领长沙。
阿南惟畿的这个计划很诡秘，一般人很难知道。但在11月份第九战区就发现了日军的破绽。11月下旬，吴逸志就接到在日军后方的情报人员密报：“赣北日军又有减少，且又缩小阵地，连西山车站地区都放弃了，赣江以西、修水以南仅守生米街、牛行、西山、安义、靖安、滩溪等据点。”最初，薛岳对这情报很怀疑，他有些疑惑的说道：“第二次长沙会战后才两个月，难道日军又要进攻吗？不太可能吧。”但吴逸志报告说：“前方部队报告：湘北日军增加。”此时的薛岳变得更加的疑惑了，他开口问道：“那为什么湘北日军还增加呢？”吴逸志回答道：“阿南惟畿的兵力愈少，愈要以攻为守，因此很可能调兵对我们进行扫荡，以消除我们而后进攻的威胁。”这回薛岳总算是明白了过来，他赞同的说道：“这很有可能。”于是，薛岳决定通令各部队，迅速完成作战准备。
等薛岳下完命令后，吴逸志又问道：“那么这次的作战方式呢，是不是还用老办法？”薛岳看了吴逸志一眼，然后自信的说道：“对于这次作战，我们的方针仍是诱敌深入后进行决战。敌进攻时，以一部兵力由第一线开始逐次抵抗，随时保持我军于外线，俟敌进入我预定决战地区时，以全力开始总反攻，包围敌军而歼灭之。”薛岳虽没明说，但吴逸志一听就知，还是老套路——“天炉战法”。两人又决定在长沙外围与敌决战时重点保持于长沙以东地区。迎敌的对策定下来了。
此后不久，阿南惟畿悍然对长沙发动了第三次进攻。日军一如既往开始进攻由新墙河口到南江桥的正面，重点是左翼的第20军、第58军在新墙河南岸及南江桥阵地。双方激战两天一夜，日军攻打不下守军的阵地，拼命打燃烧弹，先后摧毁了守军据点四周的鹿砦障碍，官兵被燃烧弹烧伤，过半人员负了伤。第三日下午，日军终于突破了新墙河防线，主力向南突进。
在一度拒阻日军后，第20军在军长杨汉域和副军长夏炯的率领下一面逐次抵抗，一面向梅仙、平江以东地区转移；第58军一面逐次抵抗，一面向长乐街——浯口——平江——三眼桥的汨罗江南岸一线转移。这时第10军驻在衡阳迤东地区，在茶山坳附近整训。薛岳令该军防守长沙，以一个师守岳麓山阵地，两个师守长沙近郊，并且严令：“情况紧急，不得有误。”
第10军军长李玉堂虽被撤职，但新军长一直没来接任，因此仍留在军部，实际上担任全军指挥。薛岳下令后，可李玉堂名不正言不顺，想挑担子又顾虑重重，正在左右为难时，蒋介石从重庆急电第10军，令李玉堂继续指挥，率第10军固守长沙，戴罪立功。李玉堂倒是一铁血汉子，临危受命，决心以待罪之身洗刷上次的耻辱。随即，下令全军紧急拔营向长沙进发。进驻长沙后，预备第10师守岳麓山阵地，第3师和第190师守长沙近郊。李玉堂决心重新做人，要打出威风来了，谁知薛岳却还是老眼光看人，生怕他像上次那样砸了自己的锅，先下令在长沙的炮兵和工兵均归李玉堂指挥——进行鼓励；接着，派长官部赵子立前去第10军督促他速将长沙工事再行加强——进行监工。李玉堂明知薛岳不放心，但是“戴罪”的败将，只能一战翻身，如果这一次再丢了长沙，不仅官职没了，而且极可能被蒋介石数罪并罚，成为“以身试法”的人，因此啥都不敢怠慢，对薛岳的一切指令无一不去精心落实。手下师长、团长也都知道这一仗如果败了，李玉堂军长职务肯定没了，谁要是像以前那样马马虎虎，或者不肯卖力，他肯定会定斩不饶，因此，全军上下都憋着一口气，闷头准备战事。
长沙城的工事自1939年以来就开始构筑，虽然筑了好几年，但守军偷工减料，当官的只知贪污，从来就不重视，也不认真，因此筑了一些，并不坚固，大多是豆腐渣工程。第一、第二次长沙会战时，日军都没攻长沙城，这一次薛岳的“天炉战法”要诱致日军进攻长沙城，然后围而攻之，因此坚固工事是守住长沙城的关键之一。李玉堂不敢发牢骚，更不敢松懈，立即督令军民一起动手，紧急修筑御敌工事。新墙河战斗打响后，长沙的工事修筑更是紧张起来了，军民不分昼夜地施工。李玉堂也整天吃住在工地上，饿了就啃馒头，喝点水，积极督修工事，准备应战。
在日军到达城下之前，偌大的工事终于筑起来了。守城工事采取地堡式，西面依托湘江，对北、对东、对南成一个半圆形，工事外围由麻园岭——朱家花园——杜家山——二里牌——黄土岭——妙高峰——猴子石之线，一层一层地向里构筑，愈向城里强度愈增加，以中山路西段——黄兴路——八角亭——南正街——坡子街以南一线上的核心工事为最密最强。长沙城内，由北向南、由东向西、由南向北的街道口都装上了铁丝网和拒马，各街道小巷都设有地堡，各稍微大一点的建筑物内都有火力点。湘江水路是进城的一个突破口，李玉堂不仅把长沙以北的水路全封锁了，连长沙以南的水路也布置水雷进行封锁了。整个长沙城成了一个处处设防，到处是地堡、铁丝网、拒马和机枪口的城市，四处藏着杀机，像一只要噬人的猛虎张开了血盆大口，就等日军的到来了。
这时，第37军、第58军守备着汨罗江南岸，第20军在平江及平江东北，整个防御阵地对北略成反八字形，把南下日军一步步往薛岳的“天炉”里迎。日军攻击的正面在汨罗至平江之间，攻击重点保持在长乐街方面。日军凭借武器优势大举进攻，第20军节节抵抗，向东退却，然后让开了平江，躲进了大山；第58军、第37军一面逐次抵抗，一面以主力向高桥、路口畲以东转移，同时一部潜伏在汨罗江、捞刀河之间的偏僻地区。为了让从四面八方向长沙前进的各路大军能适时地统一参加决战，薛岳责令长官部对他们的行动予以统制，规定近者不得先到，远者不得迟到。在薛岳的严令和指挥下，所属部队从长沙两翼向敌侧方迂回，进展很快。
日军如狼奔豕突，由湘江至原长沙、平江公路汹涌南下，跑在最前面的是一个骑兵旅，后跟着3个师团，按照第二次进攻长沙老路向前疾进。这一日，日军主力也打到了长沙附近。日军第3师团进至东屯渡，沿铁路线渡过捞刀河，向长沙市区逼近；第6师团则一马当先进入了槊梨市，抵达长沙东门外；第40师团抵至金井，企图渡过浏阳河，由长沙南门外进攻市区。
这次日军从新墙河到长沙城下，经过了约一个星期的战斗。但在激战中，他们的伤亡和疲劳都比中国军队大得多。而中国军队呢，虽然也在新墙河、汨罗江打了几场激战，但薛岳都没用上主力，因此，主力仍保持着较强的实力，各路大军正向着薛岳“天炉战法”的决战预定地区急进。
薛岳的“天炉战法”以长沙城为诱饵，诱使日军攻打长沙城而使得各路大军围而歼之。其中，既要保住长沙城不被日军打进去蹂躏、破坏，又要在城下围住它，负责守住长沙城的第10军责任比谁都大。长沙诱敌和守城的重任落在第10军身上。第九战区最高长官薛岳也决心与他们一起战斗到底。引诱日军攻打长沙从而达到围而歼之的目的，其实是薛岳的一着险棋。如果第10军没守住，丢失了长沙城，薛岳本人也难辞其咎。但他艺高胆大，尽管风险巨大，还是下这个赌注。