1939年9月1日，納粹德國以閃電戰突襲波蘭，歐戰爆發。小日本得知也打了雞血，決定加速解決對華戰事，第一次長沙會戰在這特殊的時代背景下，拉開了帷幕。
當時日軍以第11軍司令官岡村寧次為戰地指揮，動用了6個師團地面部隊及兩個大隊的海軍陸戰隊共10餘萬人，海軍出動12艘兵艦和100艘汽艇，空軍則出動100多架飛機，氣勢洶洶而來。
國軍方面，由薛岳為第九戰區司令，羅卓英為前敵總司令，在湖南集中了5個集團軍，共14個軍，總兵力近18萬人應戰。
薛岳當時向全軍號令：「我若在戰鬥中陣亡，立即由副司令長官羅卓英將軍替代我指揮戰鬥，各級軍師旅團，直到營連排班，都要明確，第一號指揮官若陣亡了就由誰來接替指揮，軍人為保衛國家而沙場捐軀，死而無憾。」
九月十四日，日軍的第101師團的102旅團，與第106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，當日軍進入贛湘邊界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106師團頓時陣腳大亂，國軍四面合圍，106師團差點被圍殲，只得全力突圍。
面對國軍的全力圍攻，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劃自然完全破滅了，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劃。
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打擊，逐次抵抗，消耗敵人。
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，日軍象割草般地倒在水裡，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，稻葉四郎中將氣急敗壞，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。
9月26日，原本退到汨羅江一線的國軍，依薛岳所定作戰計劃緩緩退後，這並未引起日軍的懷疑，日軍第3師團不知是計，一路向前進逼湘陰，第3師團前進到栗橋，第13師團直抵福臨鋪。國軍一路佯裝敗退，實際在配合友軍隨時準備「瓮中捉鱉」。
坐鎮湖北咸寧指揮作戰的岡村寧次，自此次會戰打響以來，剛開始幾乎一帆風順，本以為拿下長沙指日可待了。誰知戰場形勢突然就急轉直下，贛北日軍硬是被拖住了後腿，無法前進;鄂南日軍雖到達汨羅江上游，與湘北日軍主力會合，但中國軍隊主力已經後撤；湘北日軍在突破國軍兩道防線後，中國軍隊不再死守陣地，採取且戰且退的靈活戰術，而日軍則開始不斷遭到伏擊，這令岡村寧次大跌眼鏡。
岡村寧次一直都自認為是「中國通」，對中國的政經、文化等頗有研究，特別是在軍事方面，更是下了大功夫，就連各個派系間的關係也都了如指掌。自武漢會戰結束以後，他還專門研究了他的主要對手——由薛岳指揮的第9戰區部隊。所以，對於此次作戰，岡村寧次信心滿滿。
岡村寧次認為，武漢會戰後國軍的戰鬥力已日趨下降，不堪一擊了。因此，在制定這次作戰計劃時，他以1個大隊也就1個團的兵力，就等同於國軍1個師來計算戰鬥力的，而之前則通常以1個聯隊約一個旅等同於中國的1個師來計算。岡村寧次堅信，如果把空中和炮火優勢加在一起，1個大隊完全有把握擊敗中國軍隊的1個師。從以往的作戰實踐看，國軍的1個師能打敗日軍的1個大隊的確不多。
岡村寧次這次不但低估了中國軍隊的戰鬥力，而且還忽略了一個更為重要的因素，那就是當地民眾的力量。在會戰開始前，當地民眾和中國軍隊相配合，把主要交通要道全部破壞，就連土地都被翻了一層，成為新土，從而使得日軍的機械化部隊無從施展，其戰鬥力也就相應的減弱了，甚至後勤也不能完全保證。
在這種情況下，再沖向長沙只能是冒險，岡村寧次仔細權衡後，最終下達了全線撤退的命令。命令說：「華軍頑強，現仍潛伏於汨水、修河兩岸地區。本軍為避免不利態勢，應速向原陣地轉進，以圖戰鬥力之恢復，並應嚴密防備華軍之追擊。」
幾十年後，岡村在回憶錄中談到這次撤軍的原因時說：「......長沙又在眼前，如乘勢進攻占領長沙並不困難。但根據本次會戰之目的，在大量擊潰敵軍後，不得不回師原地……」顯然，岡村寧次在為其撤軍尋找藉口。不管怎樣，從10月1日起，日軍確實開始撤退了。
岡村寧次撤軍的決定太出人意料，以至於薛岳在接到日軍撤退的報告後，竟不敢相信這是事實，他還在長沙郊區等著與對手一決高下呢。
身在前線的關麟徵發現了日軍撤退的跡象。他當即下令各部跟蹤尾擊由上杉市撤退之敵，10月2日，第15集團軍各部開始追擊，當日克復上杉市。3日，第25、第195師追擊到達福臨鋪、金井附近。日軍開始向汨羅江北岸退卻。4日，第15集團軍收復長樂街、汨羅、新市等處。
直到此時，薛岳才斷定日軍確實在撤退，於是趕緊令各部隊「以現在態勢立向當面之敵猛烈追擊，務於崇陽、岳陽以南地區捕捉之」，「對敵之收容部隊，可派一部監視、掃蕩之，主力力行超越追擊」。但為時已晚，日軍大部已渡過汨羅江。至10月14日，贛北、鄂南、湘北各戰場均恢復到戰前態勢，第一次長沙會戰結束。
此役共殲敵萬餘人，我方亦傷亡4萬餘人，史稱第一次湘北大捷。喜訊迅速傳遍全國，愛國群眾紛紛組團前來慰問，全國發來慰問電函達10萬件之多。蔣亦喜出望外，在一次演講中說：「自從月初湘北戰爭以來，我國抗戰局勢，已臨到勝利的一個大轉變，國際外交形勢，亦隨之一天一天好轉。」
薛岳因此開始名聲大噪，但其實，此次開戰並非蔣之本意，他甚至想逃，薛為了爭取蔣開戰的軍令，先是走夫人路線，後來乾脆不接蔣電話，擺出一副將在外姿勢，可謂是費盡了心機。
會戰開打前，蔣對戰情高度重視，幾乎每天都會與薛岳通電話商議。但以蔣一貫的不抵抗心理，抑或是對日軍恐懼的心理作怪，敵人都蹬鼻子上臉了，蔣還是遲遲下不了作戰的決心。
為給蔣開戰的勇氣，薛岳那一段時間，幾乎每次與之通話都會表達自己堅決抗敵、死而後已的決心。蔣開始還耐心地與薛岳通話，勸他「稍安毋躁，靜待時機」，後來看到薛岳犟脾氣上來了，就索性連薛的電話也不接了。
求戰心切的薛岳，心急如焚，靈機一動，直接打電話給宋美齡，他說：「請轉告委員長，敵人再敢向我長沙逼近一步，我就要立即開打了!」
宋美齡立即將此話轉告蔣，這回輪到蔣著急了，他連續向薛打電話，但薛岳以其人之道還治其人之身，不聽電話，還讓手下回話說：「薛長官上前線了，不知道何時能回來。」此時，薛已經打響了長沙會戰的第一槍。
無奈之下，蔣只得讓白崇禧、陳誠前往長沙傳達撤退方案。他們在淥口以南一個臨時搭設的指揮所里，見到了正在指揮作戰的薛岳，並傳達了蔣關於不守長沙的作戰方案。
但是薛岳卻強調湖南所處戰略地位重要，關係到國家民族的生死存亡。作為軍人，該誓死保衛它。而且他還表示要與長沙共存亡。白崇禧搬出蔣介石，要其服從命令。薛岳一副豁出去的激動：「長沙不守，軍人的職責何在!」陳誠趕緊打圓場，和白崇禧商量後，決定一邊將薛的意見報告給蔣，一邊先配合薛打完此戰再說。
此次會戰，從戰場上說，雙方打了個平手，互有傷亡勝負；從戰略上看，打亂了小日本欲速戰速決占領全國的圖謀，我方勝出，讓本子徹底領教到中國人的血性。