20日，军事委员会电令第九战区固守湘江两岸及汨罗江南各既设阵地，加强抵抗，保持主力于外翼，力求攻击敌之侧背。
令第三、第五战区乘虚向当面敌人攻击，以策应第九战区作战。同时令第六战区向荆州、宜昌地区日军袭击，相机收复宜昌。
军事委员会除明确将第10、第26军拨归第九战区指挥外，还命令从第六战区抽调第79军、从第七战区抽调暂编第2军增援第九战区。
但第九战区9月18日发给各集团军、各军的电报被日军特种情报部门窃收并破译后送交第11军。
该军原定沿长(沙)岳(阳)公路突进至汨罗江南岸后将主力第3、第4师团使用于战场西部(即湘江方面)，当获悉第九战区以4个师守备汨罗江既设阵地，而将主力置于战场东部的瓮江等地侧击日军的情报后，立即改变原定部署，令第3、第4师团逐次转向浯口、瓮江东侧地区，令第40师团、第6师团从东面山地迂回，对中国第37、第26、第10军形成合围态势，予以歼灭。
当日，日军第4、第3、第6师团及早渊支队从骆公桥、新市、磨刀石、浯口等渡河点强渡汨罗江，突破第37军前进阵地。
守军向主阵地撤退。日军第40师团配属荒木支队，击退第4军侧击后，留江藤支队掩护补给线，主力转向新官桥、瓮江以东地区，预定经平江迂回南进。
9月22日，日军在航空兵支援下向第37军主阵地攻击。
双方激战3天。至24日，日军第3、第4师团突破守军主阵地，将第95师、第140师包围。
第37军奉命向麻林市突围转移，伤亡甚重。
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