薛岳及军委会原来没能估计到日军会攻入长沙，因而长沙近郊及市区防御空虚。日军突过捞刀河后即向长沙开进。薛岳接到蒋介石电令，即令前来增援的第79军、暂编第2军先头部队第98师，以强行军速度赶往长沙迎击日军，该两军主力都在往长沙开进途中。
9月25日晚，第九战区司令长官部从长沙撤往湘潭。
同日，第74军先头部队第57师，到达捞刀河北岸春华山附近时，发现春华山已被日军占领，随即占领南岸天鹅山，与日军对峙。日军向天鹅山进攻，激战彻夜。26日晨，日军被击退。第57师乘势反击，夺回了春华山，掩护第74军主力集结，随后将春华山移交第58师，北向痳林迎击日军。
27日晨，日军第3师团主力在航空兵支援下，向第57师正面连续猛攻，遭到第57师顽强抗击；日军又投入第4师团一部攻击第57师左翼。第57师伤亡近三千人，仍坚守不退。
与此同时，第58师在春华山、夏家塘之线，第52师在伍家渡、杨家滩之线，第37军第95师在王家冲、杨公桥之线，也与日军第6、第3、第4师团激战。
守军各部队坚守捞刀河两岸阵地，阻击侧击日军，或主动向日军进攻，给日军以相当杀伤，自己也损失严重，第74军全面陷于苦战。至27日夜，薛岳命令该军撤出战斗，东向洞阳市、横江至浏阳河南岸转移，准备侧击日军。日军强渡捞刀河以后直趋长沙，其第3、第6师团则由长沙以东向株洲方面突进。
9月27日晨5时，第98师在长沙以北三窑堂、白茅铺一线与日军早渊支队遭遇，展开激战。日军以航空兵火力支援，连续突击；当晚突破第98师第一线阵地，逼近长沙。28日，日军早渊支队又攻破第98师第293团阵地，突进长沙。刚到达岳麓山的第79军暂编第6师奉命进入长沙，与日军展开巷战。
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