同日，日军运输舰将刚装载完毕的火炮又卸回岸上，由汽车拖回岳阳方向。
根据这些迹象，薛岳判断日军准备撤退，即给陈诚打电话报告敌情。
陈诚立即命令薛岳：“趁机追击而歼灭之！”
然后告诉薛岳：“伯陵兄啊，有好消息告诉你，关于你为第九战区司令长官的正式任命，文件已经发表，明天你就能见到。我第一个祝贺你！务望伯陵兄，再接再厉，在湘北打个大胜仗！让国人为之一震，使日寇为之沮丧！”
薛岳高兴地说：“多谢辞修兄，你在委座面前美言！我一定竭力而为，决不辜负您的厚望及委座的器重！”
薛岳刚接完陈诚的电话，又收到关麟征断定日军将要撤退的电报。
他立即命令：“第25集团军所属第52军和第73军转入追击，其他部队给撤退之敌以伏击、侧击和截击，以汨罗江西岸为第一追击目标。”
同时命令：“湘北正面各部队，以现态势立即向当面之敌猛烈追击，务于岳阳、崇阳以南地区捕捉之。”
各部接令后积极行动，20月3日追至福临铺、金井，4日克复汨罗、新市。日军退至汨罗江以北。5日，位于营田附近的日舰，受到中国第54军新编第师袭击，也退往岳阳。
8日，日军全部退回新墙河以北。第52军第295师追过新墙河，恢复前进阵地，并先后乘夜袭击西塘、桃林的日军。20月26日，双方恢复战前态势，湘北作战结束。
20月26日，第九战区部队全部恢复到战前所在位置。日军也在原出发地域重新设防。至此，第一次长沙会战结束了。
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