第306團1營堅守畢家山陣地，這裡仍是鬼子主攻的地方，日軍第13聯隊拼命地猛攻，1營傷亡慘重，難以支持。此時，102師已無兵力可以派去支援，情急之下，柏輝章把師屬工兵營派了上去。結果，經過一晝夜的激戰後，畢家山陣地上僅剩下了31名國軍將士，情況非常的危急。柏輝章實在是沒辦法了，就只好向軍部求援，軍長歐震沒有派兵，只是讓102師後撤到潼溪街。
次日，鬼子佔領了畢家山，乘勢強渡潼溪河。柏輝章率領102師殘部在潼溪街，死死的抵擋着日軍的進攻。隨後，鬼子的飛機就對潼溪街進行了猛烈的轟炸，柏輝章率部轉移至黃沙街繼續阻敵。這時，第102師早已是傷亡慘重了，7000多人的主力師已只剩下2000多人了。可是軍長歐震從軍部再次發來命令，要求102師堅持戰鬥，全力阻滯鬼子前進，一定要掩護戰區主力完成反擊部署。柏輝章對歐震說道：“現在鬼子分頭攻擊我各個據點陣地，鬼子騎兵到處突擊，我師連日激戰傷亡慘重，就憑現有兵力，恐怕很難阻擋住鬼子的攻勢，能不能給我部派一個團的援兵？”歐震回答道：“軍部也只剩下一個警衛團了，而且還要在決戰時使用，實在是抽調不出兵力了。薛長官有令，當前戰場成敗，就全看我第4軍能否頂住鬼子的進攻了，你們無論如何也要堅持下去。”柏輝章防下電話，面含悲憤的對部下們說道：“孤軍奮戰，堅守陣地。直至最後犧牲，我們也要在所不辭！”
歐震爲什麼死死不肯支援102師呢？原因就是爲了保存自己的實力。第102師並不是粵系部隊，是臨時劃歸給第4軍指揮的。因此，歐震是絕對不會管102師的死活的。好在102師是個硬骨頭部隊，柏輝章又是個作戰經驗豐富的指揮官，他們頑強的堅持到了最後的時刻。
柏輝章在新牆河第一道防線的時候，因爲鬼子進攻得十分兇猛，薛嶽怕他們守不住陣地，急忙佈置了汨羅江防線。但薛嶽仍然對新牆河防線感到擔心，於是，他抽調了部分部隊前去支援第4軍。薛嶽站在地圖前，一直沒有說話，戰區參謀長吳逸志也低着頭沉默不語。這次長沙會戰，因爲還是採用薛嶽的“天爐戰法”，因此最初的戰鬥還是以防禦爲主，其中主要分爲三部分，既新牆河防線、汨羅江防線和撈刀河防線。如今守在這三條防線上的部隊，多半都是川軍和滇軍。這些部隊不但裝備差，而且訓練也嚴重不足，指望他們守住防線真的很困難。薛嶽手中還有部分精銳部隊，但這是他最後的家底，是用來打反擊的。可是，戰鬥進行了多日，這些雜牌軍已經明顯的支持不下去了。
日軍終於突破了新牆河防線，粵系主力第4軍撤退到了汨羅江防線上。日軍佔領新牆河防線後，僅以小股兵力沿着粵漢鐵路南下，不斷的對汨羅江防線進行襲擾。因爲戰事並不激烈，前線的戰況還算穩定。薛嶽和吳逸志都很高興，認爲他們的判斷還是準確的，而且防禦陣地也佈置得比較合理。而就在他們還在沾沾自喜的時候，日軍的主力正經平江方向向汨羅江防線的右翼迂迴，悄悄的包圍了中國軍隊的右翼，準備將中國軍隊壓迫到洞庭湖東岸、汨羅江的南岸，在這裡將中國軍隊全部殲滅。
26軍發現日軍的動向後，即刻就把這一緊急情況上報到了戰區長官部。得到報告的薛嶽頓時暴套跳如雷，他開口對26軍軍長罵道：“你個衰仔！爲啥讓鬼子包抄過來了？丟了汨羅江防線，我第一個先斃了你！”26軍軍長不敢反駁盛怒中的薛嶽，只好在電話裡忍受着薛嶽的怒火。
這次日軍主力由北、東、南三面圍攻26軍，總共用了一個半師團的兵力，按實際戰力計算，3倍於26軍。但不管前線態勢如何，不管兵力對比如何，在薛嶽的嚴令下，第26軍軍長知道，這次可真的是在劫難逃了。因此28軍上下拼命的死守陣地，全軍在陣地上血戰了兩天。然而，終究是面對3倍於己的鬼子，26軍縱然是全力以赴，也難以擋住強敵。23日，日軍突破汨羅江防線的右翼，直奔縱深陣地殺來。24日，第37軍在長樂街、甕江方面與日軍交上了手。
37軍和粵系第4軍都是前些日子從新牆河防線上撤下來的，可以說都是疲憊之師了。這兩個軍強打起精神來，遲滯着日軍的進攻。24日下午，佔領新牆河防線的日軍第3師團，從汨羅江防線正面發起了進攻，這就成了壓死駱駝的最後一根稻草。37軍和粵系第4軍兩面接敵，戰鬥進行得異常慘烈。26日上午，歐震爲保存自己的實力，首先率領第4軍放棄陣地，致使第37軍被完全包圍。激戰至深夜，37軍殘部4000餘人才突出重圍，開始向撈刀河方向撤退。第4軍在撤退途中遭遇了空襲，被鬼子飛機炸得人仰馬翻的，至此，第4軍已經完全失去了戰鬥力，全軍上下亂成了一片。第37軍殘部在行進至將軍壩時，遭遇鬼子騎兵的突襲。槍聲一響，軍部上下撒腿就跑，在倉惶逃命的過程中，連軍部的關防大印都丟掉了。至此，第4軍和第37軍軍部與各師，各師與各下屬部隊全都失去了聯繫，將無兵帶，兵無將領，偌大的兩個軍就全都跑散了。
日軍在短短10天的工夫，先後擊退了第58軍、第20軍、第26軍、第37軍，經過兩道防禦戰，好幾個軍失去了戰鬥能力。在進軍途中，日軍投下不少的傳單，雲：“薛警備司令閣下，歡迎你來共同搞大東亞共榮圈。”“第60師已全部投降，師長董煜閣下已被生俘。”“大頭嶺之第140師全部被殲，師長、團長全部被俘。”這些傳單被送到了留在長沙城內的第九戰區長官部，吳逸志一看，就往地上丟，忙不迭地跺上幾腳，說：“開始使用心理戰了嗎？真他媽的好笑！”
薛嶽和吳逸志得到全線潰敗的消息後，當真是欲哭無淚啊，整整3個軍6萬餘人，僅僅支撐不到半個月的時間，就連續丟掉了兩道防線，這實在是讓人難以接受。日軍打到撈刀河附近，離長沙城也就近在咫尺了。爲了作到萬無一失，薛嶽再次將撈刀河防線加強了一下，並命令參謀長吳逸志即刻將74軍調過來，以加強長沙城的防禦力量。
薛嶽計劃在金井至粵漢路東西之線與敵決戰，以急需兵力加強金井，於是令第10軍前往金井佈置“天爐”。第10軍軍長叫李玉堂，下轄三個師：第3師，師長周慶祥；第190師，師長朱嶽；預備第10師，師長方先覺。這是蔣介石的嫡系部隊，各連用的都是捷克式輕機槍，裝備較好。全軍在湖南沅陵(軍部及第3師)、桃源(第190師)、漵浦(預備第10師)長期進行整訓，列爲統帥部的戰略預備軍。1941年6月校閱後，奉令開往衡山、石灣、大堡、榮山坳等粵漢鐵路沿線車站，待命開赴緬甸戰場。9月中旬，日軍第二次進犯長沙。蔣介石令第10軍開往長沙，擔任守城任務。
第74軍是戰區直屬軍，也是不久前上高戰役立下大功的主力軍。在江西上高會戰後，他們將第一線防務交給友軍，調到後方分宜、新喻、奉新一帶休整補充。9月18日，忽接上級命令，說武漢方面日軍從岳陽通城出發進攻長沙，已渡過新牆河、汨羅江，逼近長沙，戰鬥非常激烈。命第74軍全部西進，急救長沙。全軍按第57師、第58師、軍部、第51師順序，經宜春、瀏陽向長沙急進。
當他們啓程開赴湖南時，第九戰區司令長官部對於戰局和該軍的安排產生了分歧。薛嶽、吳逸志認爲，日軍突破汨羅江的陣地後，一定要直取長沙。長沙重要，必須力保，準備由第79軍守長沙，第74軍守長沙以東黃花、永安地區。但這個決定又遭到副參謀長趙子立等人的反對。趙子立認爲，這次會戰，日軍是要先消滅中國部隊，纔再佔領長沙。兩種認識決定着戰局的擺佈和兵力的安排。
無法說服薛嶽的趙子立無奈的回到了辦公室裡，恰好電話響了，一拿起是第74軍軍長王耀武在湘贛途中打來的，和趙子立聯絡。趙子立當即將汨羅江的情況告訴他，最後有意提醒說：“把你的部隊向長沙以東拉，我是絕對不同意的。我的意見是要把你的部隊擺在瀏陽東北，將來協同友軍向西對敵左側進攻，那樣有勝無敗。現在決定把你的部隊向長沙以東拉，我估計你們由東向西前進，敵人將由北向南前進，恰好出現在你們的右側，你們將要與絕對優勢的敵人發生嚴重的遭遇性的戰鬥。”