長沙會戰中的國軍。（網絡圖片）
一九三九年九月，日軍為鞏固武漢佔領區，消滅國軍第九戰區部隊主力，由第十一軍司令官岡村寧次指揮四個師團、二個支隊及海軍、航空兵各一部，共十餘萬人，採用分進合擊的戰術，進攻長沙。國軍第九戰區代司令長官薛岳指揮十五個軍、一個挺進軍，共二十餘萬人，計畫利用山嶽江河有利地形，誘敵深入，分散日軍，將日軍引向江西、湖南的崇山峻嶺，斷絕日軍補給，然後將其包圍殲滅。
九月十四日，日軍的第一○一師團的一○二旅團，與第一○六師團主力，組成東路軍開始進攻在江西北部的國軍陣地。由於國軍有意誘敵深入，因此日軍在開始階段的進攻相當順利，但就是捕捉不到國軍的主力，這越發使得日軍急於大膽的進兵。但是，好景不長，當日軍進入江西、湖南地形極其複雜的幕阜山地區時，突然遇到國軍強烈的抵抗，國軍向日軍猛烈反攻，並切斷了日軍的補給線，日軍一○六師團頓時陣腳大亂，國軍四面合圍，第一○六師團差點被圍殲，只得全力突圍。這時，國軍精銳第七十四軍在江西北部全面出擊，使東路日軍更加驚慌失措。面對江西、湖南錯綜複雜的地形及國軍的全力圍攻，東路日軍損失慘重，與自湖南南下的日軍會師合力進攻長沙的計畫自然完全破滅了，東路日軍開始撤退，退出了日軍進攻長沙的戰鬥序列。東路日軍的退出戰鬥序列，嚴重影響了日軍集中兵力在湖南與國軍主力決戰的計畫。
九月十八日，日軍第六師團與奈良支隊從岳陽沿粵漢鐵路南下，向新牆河北岸發起進攻。國軍第十五集團軍副總司令關麟征指揮第十五集團軍憑藉新牆河陣地工事及河流湖泊等自然屏障進行頑強的反擊，逐次抵抗，消耗敵人。廣大國軍官兵奮不顧身，前仆後繼，英勇抗擊日軍。在雷公山草鞋嶺防守的國軍第五十二軍一九五師史思華營，在奈良支隊步兵、炮兵、戰車、飛機的瘋狂進攻之下，死守陣地，打退了日軍的一次又一次進攻。
當全營傷亡過半之際，一九五師師長覃異之電令史思華：「如無法支持，不得已時可向東靠。」史營長斬釘截鐵地回答說：「軍人沒有不得已的時候」，史思華營堅守陣地五晝夜，最後全營官兵壯烈犧牲。
九月二十三日凌晨，日軍第六師團在稻葉四郎中將親自指揮下，用八十多門大炮向關麟征手下大將張耀明率領的國軍第五十二軍的新牆河陣地猛烈轟擊，隨後日軍步兵在七步塘附近強渡新牆河。當日軍行進到河中央時，國軍所有輕重武器一齊開火，日軍像割草般的倒在水裡，聯隊長山村治雄大佐也斃命，日軍退了回去。隨後，日軍的十多架轟炸機飛臨新牆河上空，對國軍陣地狂轟濫炸。之後，日軍開始了第二次強渡，國軍從被炸毀的工事中重新奮起阻擊，又將日軍擊退。日軍八次渡河強攻都慘敗而回，稻葉四郎中將氣極敗壞，下令大量施放毒氣，毒氣順風向越過新牆河飄到國軍陣地上，日軍趁國軍對付毒氣侵害時，渡過了新牆河。
九月二十六日，日軍猛攻汨羅江南岸，第五十二軍和第三十七軍頑強阻擊日軍之後，撤出陣地，將日軍引到國軍在福臨鋪、栗橋、三姊橋一帶的設伏區。九月二十八日，日軍第六師團及上村支隊受到國軍伏擊，損失慘重。
第一次長沙會戰阻擊階段的作戰，日軍傷亡慘重，國軍損失也不輕，關麟征部僅連排軍官就犧牲六百人。在殲滅了日軍大量有生力量以後，關麟征以傑出的軍事才能，率領二十萬大軍主動後撤，在日軍的瘋狂進攻下，全軍軍紀嚴明、井然有序的進行有條不紊的撤退。十月二日，關麟征指揮部隊退至長沙外圍的金井，路口畬、永安市、撈刀河等地。
這時，進攻的日軍實力在經受國軍逐次抵抗後，受到很大的削弱。日軍侵入湘北後，湖沼密佈，重武器行動不便，不能發揮作用，當地百姓為配合國軍的戰鬥，破壞日軍後勤交通線，使日軍軍需補充不足，被迫撤退。
第九戰區司令長官薛岳趁此機會命令所有參戰部隊全線反擊，對日軍實施反攻和追擊作戰，使日軍逐步落入了國軍的合圍圈中。岡村寧次見情況緊迫，遂在國軍的合圍完成之前，下令湖南日軍分頭撤退。國軍在追擊作戰中，如秋風掃落葉，克復全部在戰役中失陷的城鎮。十月十四日，進攻長沙的日軍，全部退回進攻前的位置，雙方恢復戰前態勢。
美聯社記者瓦恩特撰寫的戰地通訊，譽關麟征將軍是「中國的巴頓」。（圖片來源：公有領域）
第一次長沙會戰（又稱：湘北大捷）結束後，國民極為振奮，海內外慰問函電如雪片般飛來，美國著名的「時代週刊」雜誌更是特地刊載了美聯社記者瓦恩特撰寫的戰地通訊──「中國戰場巡視」，美譽關麟征將軍是「中國的巴頓」，關麟征將軍因傑出的指揮才能被委任為國軍第十五集團軍總司令，年輕的帥才那一年才三十四歲。
戰後，日本侵華派遣軍總司令岡村寧次在給日軍大本營的報告《關於迅速解決日華事變作戰方面的意見》中承認：「敵軍抗日勢力之中樞既不在於中國四億民眾，亦不在於政府要人之意志，更不在於包括若干地方雜牌軍在內之二百萬抗日敵軍，而只在於以蔣介石為中心、以黃埔軍官學校系統的青年軍官為主體的中央直系軍隊的抗日意志。只要該軍存在，迅速和平解決有如緣木求魚。」
