第三次长沙会战要图
第6师团、第40师团主力便利用守军防线的间隙，绕出守军的背后，扑向汨罗江北，与先沿粤汉路南下的第3师团会合，准备渡过汨罗江，击溃江南的第9战区主力。中国守卫汨罗江一线阵地的是不久前刚受严重打击而稍事整补的第37军(军长陈沛)和第99军(军长傅仲芳)。两军以新市为界划定防区：第99军配置于新市以西至湘江的江南地区;第37军配置于新市以东至张家坡的江南地区，接受前次会战中平行设置防线，敌人击破一点，全线即溃的教训，为能实现逐次抵抗的目标，两军注意了工事的坚固，并在主阵地后面构筑了可以互相支援的纵深阵地。日军第3师团沿粤汉线一路南下，26日到达汨罗江北岸后，便着手清扫江北，准备渡河。
战斗中
日军在炮兵、空军的支援下，向第99军在河夹塘、归义的前沿阵地发起攻击，两军展开了一场血战。此时日军获知中方在江南岸的部队有撤退的迹象，可能使其围歼企图落空，便强令先头部队不待后援，立即“提前渡河”。
27日中午，第3师团主力冒着守军从南岸的不断扫色所构成的抢林弹雨，强渡汨罗江，第99军虽很顽强，但不敌日军的密集火力，主力后撤至牌楼峰、栗桥一线。第3师团为完成预定在汨罗江围歼中国第37军的任务，实现对第37军的包围，在29日全力突破第99军第二线阵地的一段后，即改变原先由北向南的攻击方向，转向东方的新开市，准备“迂回攻击第37军”。
阿南惟几
28日，负责主攻中国第37军的第6师团、第40师团也分别在新市、磨刀滩等处渡过了汨罗江，日军在渡江前后遭到了第37军顽强阻击，加上连日雨雪，河水上涨，增加了渡河的难度，以致伤亡较大。同第99军一样，第37军抵抗两天后，也不敌日军强大攻势，为免遭更大损失，于30日向东侧山地转移。至30日，日军进展比较顺利，已攻至汨罗江南岸，对中国部队实施了打击，吸引第9战区部队无法向南影响香港作战，基本达到了预定目标。按第11军原定计划，此时日军应全力合围第37军，将其击溃后，相机结束作战。同时，日军第23军已在25日占领了香港，第11军在湘北作战的配合作用完全丧失，更应尽早收兵，结束这次匆忙进行的作战。可是，阿南惟几却无视战前准备的不充分(如第一线兵团仅携带7日所需的粮弹等)，突然改变了原定计划，命令部队继续向南进攻，争取攻占长沙。这就意味着彻底改变了作战目标，延长了作战时间。这一决定，成为导致日军在第三次长沙会战中惨败的直接原因。
