当新墙河南岸的gmd军队有计划地撤向汨罗江防线时，日军第6师团、奈良支队紧追不放，跟踪南下。然而，被gmd军队和当地民众早已破坏了的交通道路，令日军的机械化优势无从施展，只能在gmd军队的屁股后面徒步跟进。
25日凌晨，日军迫近汨罗江北岸。第52军主力向汨罗江南岸转移。继而，日军开始架设浮桥，准备渡过汨罗江。但日军的第一次试渡被汨罗江南岸的守军打退了。于是，日军便改变策略。他们派出一部分日军换上中国老百姓的服装，装扮成难民，在gmd军队结合部的间隙中偷渡过江，窜到新市，准备里应外合，配合主力强渡。同一天，日军上村支队也由西向东进犯，并攻占了归义。第70军奉命对进占新市和归义的日军进行反击，但只克复了归义，新市仍被日军占领着。26日，日军猛攻汨罗江南岸守军阵地，激战竟日，未能突破守军主阵地。此时，日军第33师团仍被第20军顽强阻击于幕阜山福石岭地区，日军企图在平江地区围歼第15集团军的计划破产。
就在冈村宁次为自己围歼第15集团军的计划破产而失望时，薛岳准备在长沙郊区与日军决战的作战方案却得到了批准。
27日，第9战区按照在长沙地区与日军决战的计划调整部署：以第2、第25、第195、第60、第77、第59师共6个师，埋伏于福临铺、上杉市、桥头驿地区和长沙及其以东地区；第70军转移至浏阳河以南株洲、渌口市等地，沿湘赣铁路和渌水布防；第4军占领湘潭、下摄司、渌口市之线；第79军一个师确保幕阜山根据地，2个师协同第20军攻击桃树港之日军第33师团。
9月28日，日军奈良支队经瓮江向平江迂回，准备策应其第33师团作战。日军第6师团、上村支队由汨罗江畔开始分路南进。上村支队在三姐桥、栗桥陷入第54军第14师、第50师伏击圈；第6师团一部1000余人在福临铺遭第195师伏击，均受到重创。29日，由新市经金井南下的日军第6师团一部3000余人又在石门痕遭到第195师的伏击。数次遭到伏击的日军跌跌撞撞，本想继续南下，无奈心有余而力不足。只有一部日军于30日突破了gmd军在捞刀河的阵地，占领了长沙以北30多公里的永安市，这是日军此次南侵所到达的最远的地方。
坐镇咸宁指挥作战的冈村宁次自此次会战打响以来，接到的几乎全是属下报捷的消息：赣北第106师团和佐枝支队正按计划向湘北＃＃＃；鄂南第33师团正向汨罗江上游推进；湘北第6师团、奈良支队、上村支队已突破gmd军新墙河、汨罗江两道防线，看来拿下长沙已是指日可待了。谁知，就在这时，战场形势突然发生急剧变化。赣北日军硬是被gmd军队给拖住了后腿，无法前进；鄂南日军虽到达汨罗江上游，与湘北日军主力会合，但国军主力已经后撤；湘北日军在突破gd军队已经不再死守阵地，而是采取且战且退的较为灵活的战术，而日军则开始不断遭到伏击。这令冈村宁次大惑不解。
冈村宁次一直都把自己看成是“中国通”，对中国的政治、经济、军事、文化等各方面无所不晓，特别是在军事方面，他自认对gmd军队的情况非常了解，就连各个派系间的关系也都了如指掌。自从武汉会战结束以后，他更是潜心研究了他的主要对手——由薛岳指挥的中国第9战区部队的诸方面特点。所以，对于此次作战，冈村宁次是抱着必胜的信心的。冈村宁次认为，武汉会战后gmd军队的战斗力已日趋下降，不堪一击了。因此，在制定这次作战计划时，他的作战课是以1个大队(相当于1个营)等同于gmd军队1个师的力量来计算战斗力的，而以前则通常以1个联队(相当于1个团)等同于gmd军队1个师来计算。冈村宁次也认为，如果把自己的空中优势和炮火优势加在一起，1个大队完全有把握击败gd的杂牌军1个师确实很少能打败日军的1个大队，但是，这次湘北正面战场上参战的gmd军队，大部分都是中央嫡系军队，官兵素质和装备等方面自然要胜过杂牌军。这是冈村宁次没有想到的。
冈村宁次在此次作战中不但低估了gmd军队的战斗力，而且，他还忽略了一个更为重要的因素，那就是当地民众的力量。在会战开始前，当地民众在政府的组织下，和gmd军队相配合，把新墙河至捞刀河之间的主要交通要道已全部破坏，就连这一地区间的土地都被翻了一层，成为新土，从而使得日军的机械化部队无从施展，其战斗力也就相应的减弱了，甚至后勤也不能完全保证。在这种情况下，冲向长沙只能是冒险，冈村宁次仔细权衡后，最终下达了全线撤退的命令。命令说：“华军顽强，现仍潜伏于汨水、修河两岸地区。本军为避免不利态势，应速向原阵地转进，以图战斗力之恢复，并应严密防备华军之追击。”
几十年后，冈村在回忆录中谈到这次撤军的原因时说：“军的主力既已进入长沙平地，长沙又在眼前，如乘势进攻占领长沙并不困难。但根据本次会战之目的，在大量击溃敌军后，不得不回师原地……”显然，冈村宁次在为其撤军寻找借口。不管怎样，从10月1日起，日军确实开始撤退了。
冈村宁次撤军的决定太出人意料，以至于薛岳在接到日军撤退的报告后，竟不敢相信这是事实。他还等着在长沙郊区与对手一决高下呢。10月1日，进至永安市的日军首
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