此時(shí)，橫山勇中將在詳細(xì)檢討過(guò)去三次長(zhǎng)沙作戰(zhàn)的得失之後，擬定出一個(gè)全面包抄薛嶽部隊(duì)的計(jì)劃。 過(guò)去日軍進(jìn)攻長(zhǎng)沙的部隊(duì)兵力，最多是三個(gè)師團(tuán)加上特種作戰(zhàn)部隊(duì)，作戰(zhàn)支持的準(zhǔn)備，也是以兩個(gè)星期爲(wèi)度。
所以，此次日軍進(jìn)攻長(zhǎng)沙、衡陽(yáng)的大會(huì)戰(zhàn)，將是橫山勇中將個(gè)人軍旅生涯最大的挑戰(zhàn)了，由於日本大本營(yíng)與中國(guó)派遣軍司令部對(duì)於一號(hào)作戰(zhàn)計(jì)劃的湖南之戰(zhàn)，給予全力的支持，使得橫山勇中將可以指揮的部隊(duì)高達(dá)八個(gè)師團(tuán)又一個(gè)旅團(tuán)，單是在兵力上，日軍就擁有前所未有的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。
但這次橫山勇中將的作戰(zhàn)計(jì)劃，動(dòng)員的總兵力是超過(guò)八個(gè)師團(tuán)，在三十六萬(wàn)人以上，他更將日軍的作戰(zhàn)縱深，根本延伸到衡陽(yáng)，所以日軍在兵力的優(yōu)勢(shì)以及作戰(zhàn)計(jì)劃的規(guī)劃上，都早已經(jīng)超越薛嶽過(guò)去防禦長(zhǎng)沙的天爐作戰(zhàn)之架構(gòu)。
橫山勇中將的作戰(zhàn)計(jì)劃是，利用五個(gè)師團(tuán)，作爲(wèi)第一線兵力，三個(gè)師團(tuán)爲(wèi)第二線機(jī)動(dòng)兵力，進(jìn)行全方位的南攻。而將主力放在左翼的攻擊，沿著湘、贛交界南下，大迂迴長(zhǎng)沙的東南方，先攻佔(zhàn)瀏陽(yáng)，再包抄長(zhǎng)沙後側(cè)
。
橫山勇中將判斷薛嶽的主力就是在此待命出擊，因此日軍的佈陣，以打擊長(zhǎng)沙外圍的中國(guó)軍隊(duì)爲(wèi)主攻對(duì)象，然後再進(jìn)攻長(zhǎng)沙城。日軍中路的攻擊則是依照傳統(tǒng)的進(jìn)攻長(zhǎng)沙模式，沿粵漢鐵路南下，擊破中國(guó)軍隊(duì)正面防線直逼長(zhǎng)沙。
另外他還派軍由洞庭湖南下，包抄湘江西岸，從側(cè)後方進(jìn)攻長(zhǎng)沙的制高點(diǎn)嶽麓山陣地，由於橫山勇中將掌控絕對(duì)充裕的作戰(zhàn)兵力，因此決定在日軍包圍長(zhǎng)沙的同時(shí)，也對(duì)衡陽(yáng)進(jìn)行長(zhǎng)距離的奔襲，乘中國(guó)軍隊(duì)全力在長(zhǎng)沙作戰(zhàn)之時(shí)，出其不意地一舉攻佔(zhàn)衡陽(yáng)。
而橫山勇中將還設(shè)法進(jìn)行大規(guī)模的欺敵行動(dòng)，有意無(wú)意地透露出日軍的作戰(zhàn)目標(biāo)，有可能是沿著長(zhǎng)江西上，進(jìn)攻重慶，或是準(zhǔn)備再度進(jìn)攻常德。由於橫山勇對(duì)於這兩個(gè)戰(zhàn)略要點(diǎn)的攻擊，都有實(shí)戰(zhàn)的經(jīng)驗(yàn)，所以也讓重慶方面不得不加以重視。
蔣介石保留衛(wèi)戍部隊(duì)放在第六戰(zhàn)區(qū)，作爲(wèi)保衛(wèi)重慶的準(zhǔn)備，而沒(méi)有全力支持第九戰(zhàn)區(qū)薛嶽的部隊(duì)。但是蔣介石仍然認(rèn)爲(wèi)，日軍以打通粵漢鐵路的戰(zhàn)略爲(wèi)主，因此特別派副總參謀長(zhǎng)白崇禧，前往第九戰(zhàn)區(qū)，協(xié)助薛嶽佈陣對(duì)抗。
但是由於長(zhǎng)沙之虎薛嶽，已經(jīng)在防衛(wèi)長(zhǎng)沙的作戰(zhàn)上，三戰(zhàn)三勝，對(duì)於防衛(wèi)長(zhǎng)沙，有著相當(dāng)?shù)淖孕排c執(zhí)著，他相信史迪威的美軍判斷，認(rèn)爲(wèi)日軍的兵力有限，不可能對(duì)長(zhǎng)沙進(jìn)行更大規(guī)模的作戰(zhàn)，同時(shí)也認(rèn)爲(wèi)自己的天爐作戰(zhàn)，已經(jīng)是天衣無(wú)縫，所以決定以不變應(yīng)萬(wàn)變，決定仍將在長(zhǎng)沙決戰(zhàn)，再次合圍進(jìn)攻的日軍。
可是薛嶽手上的部隊(duì)，也已經(jīng)發(fā)生員額與裝備不足的問(wèn)題。這不僅是當(dāng)時(shí)中國(guó)軍隊(duì)普遍的現(xiàn)象，特別是第九戰(zhàn)區(qū)的軍隊(duì)，常德會(huì)戰(zhàn)之後，戰(zhàn)力都還沒(méi)有恢復(fù)，加上最信任薛嶽的上司陳誠(chéng)，已經(jīng)因爲(wèi)史迪威事件的影響而失去調(diào)動(dòng)軍隊(duì)的大權(quán)。
在政潮衝擊之下，蔣介石又重用參謀總長(zhǎng)何應(yīng)欽來(lái)防止軍中將領(lǐng)的叛變，而何應(yīng)欽與薛嶽以及粵系將領(lǐng)，本來(lái)就有不愉快的經(jīng)驗(yàn)，薛嶽實(shí)際上又功高震主、鋒芒畢露，何對(duì)薛當(dāng)然相當(dāng)?shù)母忻埃右o薛嶽一些不方便。
於是在大戰(zhàn)前夕，第九戰(zhàn)區(qū)的兵員與補(bǔ)給，不但沒(méi)有優(yōu)先得到補(bǔ)充，反而是能拖就拖。從客觀的角度來(lái)看，一支精實(shí)、充裕的日軍與虛弱內(nèi)鬥的中國(guó)軍隊(duì)對(duì)陣，雙方的勝負(fù)，在未戰(zhàn)之前，早已有了定數(shù)。
白崇禧曾經(jīng)建議薛嶽，考慮將決戰(zhàn)南移到衡陽(yáng)，以拉長(zhǎng)日軍的補(bǔ)給線，加強(qiáng)中國(guó)軍隊(duì)在衡陽(yáng)的防務(wù)，但是薛嶽沒(méi)有完全接受，仍然決定在長(zhǎng)沙與日軍對(duì)決
。
橫山勇中將決定在五月二十六日，也就是日軍在對(duì)馬海峽大破俄羅斯波羅的海艦隊(duì)的歷史光榮紀(jì)念日，在湖南發(fā)動(dòng)對(duì)中國(guó)軍隊(duì)全面的攻勢(shì)作戰(zhàn)。
裝備充足的三十六萬(wàn)日軍，在優(yōu)勢(shì)火力的支持之下，分成七路撲向中國(guó)軍隊(duì)的陣地，來(lái)勢(shì)之兇猛，則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)中國(guó)軍隊(duì)的預(yù)估。
日軍精銳的第三、第十三師團(tuán)以及第二十七師團(tuán)，從左翼（東線）先攻，一舉深入地插進(jìn)平江，再突進(jìn)瀏陽(yáng)，直搗薛嶽預(yù)控的反擊部隊(duì)所在的基地。
接著在中路的日軍第六十八與第一一六師團(tuán)，分成六路強(qiáng)渡新?tīng)澓樱谌呐c第五十八師團(tuán)隨後跟進(jìn)，以壓倒性的優(yōu)勢(shì)兵力，連續(xù)擊破中國(guó)軍隊(duì)的層層防線，直撲長(zhǎng)沙。
第四十師團(tuán)與第五、第十七旅團(tuán)，渡過(guò)洞庭湖，沿湘江的西岸，開(kāi)始進(jìn)攻長(zhǎng)沙的西方。
日軍這樣全面的攻勢(shì)，使得中國(guó)軍隊(duì)在湖南的陣地，全都遭到日軍猛烈的攻擊，薛嶽在長(zhǎng)沙東南所部署的反擊部隊(duì)，更是首先陷在日軍的多重包圍攻勢(shì)之中，天爐作戰(zhàn)計(jì)劃就完全失去了應(yīng)變的能力，湖南成爲(wèi)日軍全面縱橫的戰(zhàn)場(chǎng)。
而在戰(zhàn)略的佈局上，薛嶽是低估了日軍採(cǎi)取孤注一擲作戰(zhàn)的實(shí)力與決心。這次日軍動(dòng)用的兵力，已是歷次長(zhǎng)沙會(huì)戰(zhàn)的三倍以上，整個(gè)作戰(zhàn)的戰(zhàn)線，覆蓋整個(gè)湖南北中部，但薛嶽連原有的兵力都未得到適當(dāng)補(bǔ)充，他在作戰(zhàn)縱深的安排更是不夠。
如果他把決戰(zhàn)的地點(diǎn)安排在衡陽(yáng)以南，而非長(zhǎng)沙附近，同時(shí)要把更多的部隊(duì)部署在湘江以西，而非傳統(tǒng)的湖南東部山區(qū)，這樣日軍在東邊的主力攻擊就會(huì)撲空。而在湘江以西，中國(guó)軍隊(duì)的主力可以得到更多的空軍掩護(hù)以及複雜地形的保護(hù)，有效牽制日軍戰(zhàn)線的側(cè)翼。
長(zhǎng)沙外圍的戰(zhàn)略據(jù)點(diǎn)，很快地就先被日軍攻佔(zhàn)。
六月十四日，日軍攻佔(zhàn)瀏陽(yáng)，截?cái)嗔搜[反攻長(zhǎng)沙的外圍作戰(zhàn)部隊(duì)。
次日陷寧鄉(xiāng)，長(zhǎng)沙於是受到日軍全方位的包圍。中國(guó)第四軍已無(wú)法用傳統(tǒng)的防禦方式，來(lái)守住長(zhǎng)沙。