薛长官对天炉战法的解释是“天炉战者为在预定之作战地构成纵深网形据式阵地配置必要之守备部队以伏击、诱击、侧击、截击、尾击、堵击诸手段逐次消耗敌力挫其锐气然后于决战地使用优越之兵力施行反击及反包围予敌以歼灭打击。盖为后退决战方法因敌之变化而变化之歼敌制胜新方略如炉熔铁如火炼丹故名。具体来天炉战法的指导思想就是当日军起进攻时战区的部队在保存自己的情况下节节抵抗节节后退尽量地拖累和疲耗敌人达到这一目的后便自动向斜侧后方山地撤退(不是直线撤退)绕到敌人的包围线外面去从更大的层面上形成对日军的反包围砌成两面天炉之壁。同时在中间地带彻底地破坏交通道路空室清野诱敌至决战区域而断其后路从四面八方构成一个天然熔炉最后将包围之敌予以歼灭。”
在台下的刘建业听了以后非常高兴这就是久已闻名的“天炉战法”薛长官的成名绝技。薛长官就是依靠这套战法和鬼子在湖南周旋多年。从战区的各方面情况来看以刘建业的角度这套天炉战法显然要比前两次会战的战法更加合理。
会后,第九战区根据天炉战法的要领制订了新的作战计划。其基本内容为：敌情判断：“日军再向本战区进犯时有两个可能：一是全力由湘北进犯重保持于左翼索取我军右翼包围攻击；一是在主力由湘北进犯重亦指向左翼但各以一部分由赣北进犯以策应其湘北主力的作战。”作战方针：“战区以诱敌深入后进行决战之目的在敌进攻时以一部兵力由第一线开始逐次抵抗随时保持我军于外线俟敌进入我预定决战地区时以全力开始总反攻包围敌军而歼灭之。”指导要领：“预定在长沙外围与敌决战决战时重保持于长沙以东地区。湘北守军于敌人进攻时先应利用既设工事拒止敌人。尔后一面采取逐次抵抗以消耗、迟滞敌人一面以主力向伍公市、沙市街以东外线转移同时以一部向梅仙、平江以东外线转移一部分别潜伏于汨罗江、捞刀河间各偏僻地区。当敌军大部队通过后自动起来攻袭敌后并阻止其撤退。至总反攻时待命以一部向西进攻扼守汨罗江北岸遮断敌军退路以主力向捞刀河以北进攻使围攻长沙之敌不得退过捞刀河北岸。赣中、赣北守军于敌进攻时以一部守备原阵地以主力向浏阳以东地区前进于总反攻时待命由浏阳地区向长沙以东攻击。战区直辖各军以一部及炮兵占领长沙、岳麓山核心阵地构筑坚固工事而确保之。直辖各军主力于总反攻时待命由株洲、普迹地区向长沙以南攻击。湘北各挺进部队于敌开始进攻后在新墙河以北扰乱敌后；俟敌主力渡过汨罗江后转移至新墙河以南地区活动尔后阻挠敌军的撤退。鄂南挺进部队于敌攻击开始后集中力量向蒲圻—临湘线、崇阳—通城线不断攻袭破坏扰敌后方。”日军如由南昌、武宁实施牵制性进攻时则守军分别诱敌至上高东南、铜鼓东南和嘉义附近地区“反攻而歼灭之”。
形成了完整的作战方案后薛长官令各部队做好相应的作战计划；同时下令实行全民总动员破坏道路向水田蓄水组织战时民工队等全面加强战备。
12月初旬以来第九战区觉日军调动频繁向湘北、赣北集中兵力其飞机不断侦察守军阵地并抢修白螺机场及九江机场判断日军将再攻长沙遂积极进行战备。至2o日日军进攻企图已极明显军事委员会下令命第73军、第79军分别开至宁乡、益阳和渌口、株洲地区归第九战区指挥；同时已南下至曲江的第4军返回至株洲、渌口集结待命在广西宜山的第74军调驻衡阳;原在湘潭株洲一带的新2o军前进到长沙归第九战区指挥。
12月14日阿南惟畿令参加进攻的日军开始向岳阳以南预定的地区集中。第6师团于2o日在新开塘附近集结完毕第4o师团于21日在托坝附近集结完毕。由于中国游击部队的袭扰和破坏铁路第3师团迟至25日才全部到达龙湾桥附近。为了掩护其主力部队集结和展开第6、第4o师团的先头部队自18日起即各以一部兵力向新墙河以北中国守军的前进阵地攻击。
傍晚日军在雨雪交加中向新墙河南岸守军阵地起了攻击。
当时防守新墙河南岸阵地的只有第27集团军第2o军1个军。沿新墙河南岸由左至右为：第133师防守磊石山、鹿角、荣家湾、新墙之线第134师防守潼溪街、杨林街及油港河南岸草鞋岭、方山洞之线。新墙河以北的筻口等地设有前进阵地及据。暂编第54师位于幕府山以北警备九岭、麦市、斗米山之线及通城等前进据以保障新墙河阵地的右侧背。在第134师和暂第54师之间的黄崖市地区集结有第58军。该军随时支援第2o军的作战。因为薛长官并不准备在新墙河一线与日军大打。第2o军的主要任务是阻敌尽可能地耗损敌人的力量疲劳敌人顿挫敌人进攻的势头延缓日军南下的步伐。
第2o军出自于川军现任杨军长四川广安人从云南讲武堂毕业后一直在川军中任职于1938年担任第2o军军长。该军只有两个师的编制而在新墙河北岸集结的日军有3个师团。以两个师的兵力要完成阻击装备优良的3个师团的日军1o天的任务其困难可想而知。
但第2o军没有临阵退缩。为了完成阻敌任务杨军长要求守军各部在占领阵地时做到据工事与野战工事同时占领以据工事为骨干加强野战工事的纵深配备。在使用兵力时各部应以一部兵力置于连排据尽力抵抗；以一部占领野战工事利用阵地纵深逐步抵抗将主力放在最后一线阵地机动使用。作战时敌人若向据工事里的守军攻击野战工事里的守军应立即进行火力支援或适时派部队反击；若敌人向野战工事里的守军攻击据里的守军应即以火力向敌人射击或者离开据向敌尾击。各部主力此时应乘敌混乱之际不失时机地对敌反击消耗敌人。经过逐步抵抗到最后一线预备阵地给敌人以重大杀伤后再向侧面阵地转移向敌侧击、尾击。
实践证明第2o军的这种打法还是比较符合战场实际的并有效地延缓了日军南下的步伐。
由于守军第134师右翼阵地突出于新墙河以北日军为进占新墙河北岸渡河进攻出地位第4o师团以第234、第235两联队于22日先期向油港河南岸守军阵地进攻。激战一昼夜23日进至筻口。当日晚阿南惟畿于岳阳指挥所下达了进攻命令。
12月24日日军第6师团全部进至新墙河北岸占领了渡河进攻出地位。左翼第4o师团先起进攻在猛烈炮火掩护下于当日14时在筻口附近强渡新墙河。徒涉过河时遭到守军第134师的坚强抗击。傍晚时渡过新墙河突破守军罗袁阵地向潼溪街攻击前进。第27集团军急令第58军的新11师由黄崖市向杨林街前进由东向西侧击敌人策应第2o军的作战。第134师右翼方山洞附近的部队亦向南撤退与主力靠拢参加战斗。
日军右翼第6师团于24日傍晚开始进攻当夜强渡新墙河后突破守军第133师阵地攻占了新墙、七步塘等据。第133师除留置一部兵力守备纵深内各据外主力向南岳庙、洪桥以南转移；第134师退守十步桥东西之线。
25日晨日军第3师团随第6师团之后徒涉过新墙河从右翼投入战斗沿粤汉路东侧攻击前进。此时守军第58军的新11师由杨林街附近向日军第4o师团右侧后攻击第58军的新1o师亦进至胡少保附近。双方在汨罗江北岸又一次展开了激烈的拉锯战。
当时雪越下越大气温也越来越低而守军许多士兵连棉裤都没有有的竟被冻死在战壕内。但活着的士兵仍坚守阵地没有贪生怕死之辈。
守卫傅家桥据的第2o军第398团第2营营长王奎少校及其部属面对日军猛烈的炮火毫不畏惧打退了日军一次次的冲锋。后王奎为掩护部属突围在与日军肉搏中不幸殉国。
守卫洪桥据的第398团第3营一部在副营长、连长相继阵亡的情况下仍坚守阵地。
第397团全团官兵在黄沙街硬是住了日军第6师团整个师团的进攻并迫使其绕道而行。
激战至27日晚第2o军完成了阻敌任务薛岳令第27集团军全线撤退。随后第2o军向梅仙、平江方面转进隐蔽休整随时骚扰日军后方待机袭击其侧翼；第58军向汨罗江东南部转移靠近向家、金井准备切断进攻长沙的日军的后路。
第九战区防守汨罗江防线的部队为第99军(2个师)及第37军。沿汨罗江南岸由左至右为：第99军的第99师防守湘阴至营田以东之线第92师防守归义东西之线第37军的第95师防守新市、伍公市之线第6o师防守秀水、浯口、张家渡之线第14o师控制于金井地区为军预备队。
12月27日日军第3师团的骑兵联队于11时左右先由归义附近渡过汨罗江突破守军第92师阵地进至栗桥以北掩护其主力渡江。第6师团及第4o师团在击破第37军在汨罗江北的前进阵地及据后其先头部队于傍晚先后在兰市河和长乐附近强渡汨罗江占领了滩头阵地但在第37军的坚强阻击下未能进展。
12月28日日军第3师团主力全部进至汨罗江南、沿粤汉铁路两侧向南突进18时前后进至八里、金鸡山、大娘桥等地。守军第99师等退至牌楼一带。第6师团及第4o师团遭到纵深阵地内依托既设工事和据顽强防守的第37军的阻击进展缓慢。
由于日军第3师团已经深入左翼形势严峻薛长官令第37军预备队第14o师向铁路方面增援归第99军指挥阻击日军第3师团；令第37军军长率指挥所向前推进至米公源就近直接指挥第95师和第6o师的战斗；令位于陈家桥、三江口地区的第2o军和位于长湖、新寨地区的第58军向长乐街、大荆街方向攻击日军的侧背以牵制日军第6师团及第4o师团主力阻其南渡汨罗江。
阿南惟畿企图包围、歼灭汨罗江南岸的第37军于28日晚令第3师团向左回旋迂回至第37军后方的福临铺。该师团遂由大娘桥附近连夜兼程东进。
12月29日日军第3师团于凌晨进至新开市附近向退至新开市的第99师起攻击。此时守军第14o师亦已到达李家镇以西薛岳遂令第14o师接替第99师防守新开市附近阵地令第99师退守湘阴和营田。日军第3师团及第4o师团主力当晚已全部进至汨罗江南与守军第37军相持于童家镇、西山庙、秀水、清江口一线。
12月3o日日军在航空兵及炮火掩护下全线动猛攻。日军第3师团除留一部兵力仍在铁路附近继续攻击守军各据外主力在攻占新开市后向东南急进当晚进至福临铺先头进至麻林附近。日军第6师团及第4o师团亦在攻占长岭、浯口等地后于当晚分别进至福临铺和金井一带。
留于新墙河以南地区的第2o军之一部于3o日夜突袭驻于新墙东南长胡镇的日军辎重兵第4o联队给予歼灭性打击并将其联队长森川启宇击毙。
当薛长官得知日军第3师团已突进至第37军后方的情况后立即令第37军向金井以东的山区撤退转至外线待机实施反击。至此汨罗江以南地区的战斗告一段落。