的中國戰史出版局還曾專門出版了薛嶽撰寫的《天爐戰》一書。書的前言有這樣一段文字介紹：“他（指薛嶽）的戰略戰術足以法天地之幽邃，窮宇宙之奧秘，為鬼神所驚泣，人事所難測，無以名之，故曰《天爐戰》。”雖然未免說得過於玄虛，不過，從當時各方面的條件來看，薛嶽這次的作戰指導方案顯然要比前兩次更加合理。
根據“天爐戰法”的要領，第9戰區在進一步研究了以往的作戰經驗和陣地地形後，決定以新牆河為第一道防線，汨羅江為第二道防線，長沙城外的撈刀河與瀏陽河之間為第三道防線。前兩道防線主要是伏擊區和誘擊區，第三道防線才是決戰地區。
形成了完整的作戰方案後，薛嶽令各部隊做好相應的作戰計劃；同時，下令實行全民總動員，破壞道路，向水田蓄水，組織戰時民工隊等，全面加強戰備。
傍晚，日軍在雨雪交加中向新牆河南岸守軍陣地發起了攻擊。
當時，防守新牆河南岸陣地的只有第27集團軍第20軍1個軍。因為，薛嶽並不準備在新牆河一線與日軍大打。第20軍的主要任務是阻敵，儘可能地耗損敵人的力量，疲勞敵人，頓挫敵人進攻的勢頭，延緩日軍南下的步伐。
第20軍屬川軍，軍長楊漢域，四川廣安人，從雲南講武堂畢業後，一直在川軍中任職，於1938年擔任第20軍軍長。該軍只有兩個師的編制，而在新牆河北岸集結的日軍有3個師團。以兩個師的兵力要完成阻擊裝備優良的3個師團的日軍10天的任務，其困難可想而知。
但第20軍沒有臨陣退縮。為了完成阻敵任務，楊漢域要求守軍各部在佔領陣地時，做到據點工事與野戰工事同時佔領，以據點工事為骨幹，加強野戰工事的縱深配備。在使用兵力時，各部應以一部兵力置於連排據點，盡力抵抗；以一部佔領野戰工事，利用陣地縱深逐步抵抗，將主力放在最後一線陣地，機動使用。作戰時，敵人若向據點工事裡的守軍攻擊，野戰工事裡的守軍應立即進行火力支援，或適時派部隊反擊；若敵人向野戰工事裡的守軍攻擊，據點裡的守軍應即以火力向敵人射擊，或者離開據點向敵尾擊。各部主力此時應乘敵混亂之際，不失時機地對敵反擊，消耗敵人。經過逐步抵抗，到最後一線預備陣地給敵人以重大殺傷後，再向側面陣地轉移，向敵側擊、尾擊。
實踐證明，第20軍的這種打法還是比較符合戰場實際的，並有效地延緩了日軍南下的步伐。
25日，已經渡過新牆河的日軍3個師團，在稍事休整之後，又分東、中、西三路，向守軍第二線陣地發起進攻。
日軍侵入上饒
日軍侵入上饒。
當日軍此番大舉南下，再次逐漸逼近長沙時，薛嶽也做好了全面迎敵的準備。
為了就近指揮和督促各部作戰，12月30日，薛嶽將他的戰時指揮所從長沙的二里牌，搬遷到瀕臨前線的嶽麓山上。
在此之前，他把省政府機關及所屬各廳局遷到了茶陵；把第9戰區司令部，遷到了耒陽；把他的夫人和孩子也都送到了後方。他隻身帶著一些作戰參謀人員及必要的保衛人員，留在長沙。
此時，汨羅江以南的第37軍、第99軍仍在頑強抗擊著當面的日軍第40、第6師團及第3師團。薛嶽見南犯的日軍已全部進入了“爐膛”，這才命令該兩軍按照原定計劃，讓開中間，撤向兩廂，養精蓄銳，待機反攻。入夜後，第37軍軍長陳沛率部由浯口以南向東面的社港地區後撤；第99軍則在軍長傅仲芳的一聲令下，從歸義退向湘江沿岸的營田與湘陰一線。而留在敵後的楊森則令所部襲擊了駐新牆東南長鬍鎮的日軍輜重兵第40聯隊，使其傷亡慘重，聯隊長森川啟宇中佐也被擊斃。
是日，蔣介石根據連日來的戰場情況已判斷出日軍有沿粵漢線逐步推進、攻佔長沙之企圖。他擔心第9戰區二線部隊被迫投入戰鬥而影響日後的決戰，遂給薛嶽發了一封電報：
“一、敵似有沿鐵道線逐步推進攻佔長沙之企圖。二、該戰區在長沙附近決戰時，為防敵以一部向長沙牽制，先以主力強迫我第二線兵團決戰，然後圍攻長沙，我應以第二線兵團距離於戰場較遠地區，保持外線有利態勢，以確保機動之自由，使敵先攻長沙，乘其攻擊頓挫，同時集舉各方全力，一舉向敵圍擊，以主動地位把握為要。”
蔣介石的意見與薛嶽的想法不謀而合。為鼓舞士氣，堅定殲敵決心，薛嶽於當天下午13時又以“卅午忠電”訓令各部：
第三次長沙會戰，關係國家存亡，國際