就形成了以2個軍（第10、第73軍）固守長沙、嶽麓山，4個軍 （第26、第79、第4、第74）分別進佔長沙以南、以東的金盆嶺、朗梨市一帶，5個軍（第20、第58、第37、第99、第73）分佈於汨水、撈刀河之間地區，控制著日軍退卻路線這樣一種從東南、東北、西面及北面對日軍的包圍圈。
薛嶽見圍攻日軍的態勢已經形成，於是通令各部，限於1月4日晚全部進入第二次攻擊到達線。
1月4日下午，攻城的日軍聽說第9戰區的外圍部隊已經殺到，便已無心再戰。能否攻下長沙已不重要了，還是保命要緊。所以，到了規定的撤退時間——太陽落山後，攻城的各路日軍便準備開溜。一些被纏住的無法脫身的日軍，則是想盡辦法脫離戰場。擔任掩護撤退任務的日軍此時只能恨自己倒黴，落得了這麼一個壞差事。至1月5日7時左右，圍城的日軍已經全部撤走。長沙城四郊，戰聲盡息，一片寂寥。
日軍第3、第6師團從長沙城下倉惶撤退時，首先遇到的就是第9戰區的主力軍、曾以“鐵軍”著稱的第4軍的堵擊。不過，該軍圍殲的重點是日軍第3師團。
日軍第3師團非作戰部隊於4日日落後開始集結，準備向東山軍用橋退卻，豐島房太郎率第3師團戰鬥指揮所先行撤退。第68聯隊跟著撤退。可是，當其退到雨花亭北側時即被第59師包圍。的野憲三郎聯隊長拔刀保護軍旗，命令第2大隊從後面衝上來擔任前衛，才殺出一條生路。5日2時，其獨立山炮兵第52大隊在瀾泥衝也被第59師包圍，後由第1大隊救出。至5日晨，該聯隊才跌跌撞撞地到達東山鎮。第18聯隊最後撤退。當其退到妹子山、阿彌嶺時即受到第102師與第3師的夾擊，繼而又在東山附近遭到第79軍第98師第293團的阻�