第二次长沙会战结束仅仅两个月，年12月19日日军发动了对长沙的第三次侵略，中国以第九战区为主的军队在吸取前两次作战经验的基础上展开了第三次长沙保卫战，与日军以沉重打击，保卫了长沙及其周围，取得了第三次长沙会战的胜利。这次会战使日军遭受了巨大损失，成为中国抗战史上的战争杰作。
一、战前的国内、国际形式
年12月7日日军偷袭珍珠港，太平洋战争爆发，日本在东南亚及其他方面的侵略已经开始，同时日本希望打通太平洋及印度洋，及早和德、意等轴心国之间形成联通，所以粤汉线依然是日军进攻的主要地方。
抗日战争进入到了相持阶段，日军在中国的侵略已经显示出了疲弱状态；中国敌后根据地的建立已得到了较好发展，全民抗日达到了高潮；日本在中国建立的汪伪政府在后方协作日军，中国军队已组织游击战在后方打击日伪军队。
二、双方兵力及作战计划
1、中国军队第九战区的战斗序列
司令长官薛岳，副司令长官罗卓英、杨森、王陵基，参谋长吴逸志：
（1）第19集团军代总司令刘膺古，下辖：康景濂的第二挺进队、杨宏光新编第3军。（2）第30集团军总司令王陵基，下辖：韩全朴第72军、夏首勋第78军。（3）湘鄂赣边区挺进军总指挥王劲修，指挥边区的5个挺进纵队。（4）第27集团军总司令杨森，下辖：杨汉域第20军、陈沛第37军、孙渡第58军、傅仲芳第99军；三个挺进纵队。（5）战区直辖军：李玉堂第10军、夏楚中第79军、彭位仁第73军。
从其他战区调入的支援军队：王耀武第74军、殴震第4军。
作战计划：“后退作战”和“争取外线”以包围敌人、击破敌人；利用湘北方面设置的防守阵地，逐次抵抗以消耗日军，随时保持国军于外线，在退到长沙周围时形成兵力、地点、时间上的优势采用分进合击战术，以围歼日军。
战前中国军队的部署：
第19集团军：新编第3军在高安、奉新地区与南昌以西、安义、靖安的日军对峙；康景濂纵队以九仙汤为根据地在九岭山区活动。
第30集团军在澧溪地区占领阵地，与武宁方面的日军对峙。
第27集团军：第20军在南江桥占领阵地；第58军在新墙河南岸占领阵地；第37军在长乐街—新市、鹰江—栗山巷占领阵地；第99军在汨罗江口—洞庭湖东南岸占领阵地。三个挺进纵队分别在通城、崇阳、临湘地区活动。
直辖军：第10军在长沙、株洲地区，第73军在宁乡、益阳地区为战区预备队。
2、日军的组成
日军司令阿南惟几，下辖：赣北区域：第34师团、第14独立旅；鄂南和湘北区域：第3师团、第4师团、第40师团、第5师团和第6师团各一部为第一兵团，直犯长沙；池上、加藤、平冈、外园四个支队为第二兵团；第15师团、第13师团、第39师团、第师团、第18独立旅为第三兵团，担任临水、岳阳后方的防守，必要时策应第一和第二兵团作战；其他炮兵和航空兵旅。总数为27个联队。
汪精卫的伪军在南浔线、岳阳至汉阳的交通线路上协作日军。
日军作战计划：“利用地障进行包围”、“攻击第一”、“快速进攻”，在湘北集中兵力实现纵深突破，提高飞机的轰炸和侦察作用，从右翼进行包围攻击。
三、第三次长沙会战的基本过程
1、南昌方面的战斗
年12月中旬安义的日军分两路向西进攻，一路由原安义至奉新公路、一路由原安奉公路以东向奉新进攻。防守奉新的为新编第3军，派兵从北向西侧击日军。在战斗中发现日军只有三四千人，没有大的企图，只为牵制第3军并策应湘北战争而已；战斗进行了三天，日军以重大伤亡撤退。
年1月中旬，湘北的日军溃退，赣北支援湘北的日军经过平江、浏阳地区窜回江西，第3军在上高以东有利地区设伏，击溃了逃回的日军，再次打击了日军。
2、新墙河和南江桥方面的战斗
这里是防守的重点，也是日军湘北进攻的重点。年12月19日，日军开始进犯游港河；12月24日，日军开始强渡新墙河，第20军在游港河东岸和新墙河南岸阻挡后，转至三江口、王家坊侧面阵地协同第58军自东向西、侧击南犯的日军；然后第20军一面逐次抵抗、一面向平江、梅仙以东地区转移；第58军一面逐次抵抗，一面向汨罗江南岸之线转移，自东向西侧击日军。
3、汨罗江的战斗
第20军转移到了汨罗江南岸，和第37军、第58军在平江地区对北形成反八字形；第99军逐次抵抗后一面以主力向高桥、路口畲一带转移、一部分潜伏在汨罗江、捞刀河偏僻地区。年12月27日日军由长乐街、河夹塘间强渡汨罗江，主力沿铁路南侵；我军依靠在汨罗江南岸形成的包围圈进行了节节阻击，日军死伤惨重，进展缓慢。
日军在突破汨罗江防线后由湘江、长沙至平江公路南下，12月31日到达了长沙附近。
3、长沙会战
年1月1日日军第四十师团向长沙南郊、第三和第六师团向长沙东南郊、第四师团向长沙东北郊开始进攻。第10军在长沙外围占领阵地与日军激烈作战，迟滞日军的前进。在东南和东北方向，中国炮兵在妙高峰和杜家山对日军进行射击；因在新墙河至长沙的道路都被我方彻底破坏了，所以日军仅用马驮来极少量的山炮，这样我军的炮兵就占了优势；第10军在炮兵的支援下对日军进行了重大打击，同时第73军先头部队到了岳麓山进行支援，第10军将主力放在了长沙市区的战斗。
这时第九战区进行了外围的布置：第20军到达了平江东北，第37军、第58军在高桥以东，第30集团军到达了浏阳，第79军在湘潭、醴陵，第73军到了岳麓山，第七战区的殴震第4军已开到外围进行支援，完成了对敌军的包围。
第九战区决定“战区以内外夹击歼灭敌人于长沙外围之目的，以一部分确保长沙核心阵地，以主力向长沙外围攻击”。
1月3日和4日，日军发起了猛烈攻势，日军穿插到了我方阵地之中，这样日军的飞机就很难派上用场；第10军进行着持续抵抗，日军的进攻始终不能得逞；第4军歼灭了黄土岭、金盆岭一带的日军。在中国军队的反击下，进攻长沙的日军不断失利，不得不将日军的尸体进行现场焚烧后仓皇撤退；因浏阳河和捞刀河的阻击，日军只能泅水渡河；日军援助的第二线兵团在进行到福临铺地区时，被第37军、第22军击溃。
4、对日军的截击、追击
年1月4日夜晚日军主力在黄花、榔梨强渡捞刀河撤退，我军重炮以最大射程向捞刀河射击，第10军在后面追击，日军渡河混乱；日军渡过河之后被第37军和第58军截击，后面有第26军、第73军、第79军追击，第4军和第99军自东向西截击，日军只能以远则射击、近则肉搏的方式突围，我军采用两侧射击日军；日军在战场狼狈之极的情况下白天战斗、夜晚逃跑撤退，在我方军队的伏击和袭击下发生混乱，自相践踏。
1月7日日军逃到麻林市、福临铺一带，日军的第二兵团也在这个地区。在这里我军组织第4军、第26军、第20军、第58军、第37军、第73军对日军进行了第二次包围，歼敌两昼夜。
1月9日日军逃到了福临铺和麻峰嘴地区，我军第26军、第20军、第37军、第58军、第99军对日军形成第三次包围，残敌在渡汨罗江时被我方军队再次追击。在这里历时五昼夜，歼灭日军十三个联队。在捞刀河至汨罗江约一百里的路程，日军战斗了7天，才突出了重围。
1月14日惨败的日军逃到汨罗江北岸大荆街、龙凤桥地区；我军第37军、第4军、第73军、第58军、第20军对日军形成第4次包围，歼敌时间为两昼夜。
在这段时间里，日军因为没有食物、找不出逃回的道路，日军只有依靠指南针定位，按照方向以逃跑；在夜晚无法看清地图和指南针时采用手电筒照亮，但被我方军队发现而不断射击。
第20军在汨罗江南岸和湘北挺进队一起阻击日军，日军在经过两天的苦战之后逃出了包围圈，向新墙河北岸撤退；第30集团军、第26军、第73军追击日军到了新墙河南岸。
年1月16日，日军溃逃到了新墙河北岸，被我军连续追击十二个昼夜，并被我军进行了四次围歼，日军逃回岳阳的仅余1万多个。我军以重大胜利结束了第三次长沙会战。
5、外线部队的策应与战场支援
作战前国民党派到湘北的常章儒组织当地百姓拆毁了公路、铁路等交通线，将耕地进行了深耕，使日军机械化部队无路可通行，在前进以及撤退时无路可走，从外围协助战争；由于运输线被破坏，日军重武器运输不到前线，日军后勤补给不上；同时我方将这个地区农民的粮食都进行了隐藏，日军无粮可抢。
第九战区湘鄂赣边区挺进军在王劲修的带领下切断日军的通讯线、打击后方的日伪军，使日军后方不断空虚，前面的日军得不到供给，依靠飞机的空投达不到补给数量。
四、战争成果
此次战役的成果：击毙日军联队长5人、大队长5人、中队长4人、小队长十余人，歼灭日军多人；日军自己焚化的阵亡及重伤官兵不计其数；夺得被服、武器数量巨大。
战后苏、美、英、法的记者在军令部及各大报记者的陪同下到长沙进行采访，参谋部处长赵子立做了战场介绍，并将他们安排到战场进行观看（为了宣传，没有打扫战场）。据赵子立回忆录，赵子立的介绍很高兴，让外国记者觉得这是一场神奇的战斗；在外国记者要看俘虏时，赵子立说“中国是被侵略的国家，中国作战的目的不是捉俘虏”；“有几个重伤、重病的俘虏已经死了”。