面对日军猖獗的进攻，第九战区也是早有准备，在薛岳的指挥下，第4军的第59、第102、第90师和第37军配属的第60师被调到了新墙河南岸驻防,这些部队大都是经过大云山战斗，与日军第11军交过手。
与历史上第九战区仓促应战不同的是，此时第九战区早已判明了日军的意图，因此早在几个月前就开始加固新墙河一线的防御阵地，不像历史上那样，日军都已经到达了预定的攻击位置，第九战区还没有搞清楚人家的目标是什么。
说到这里就不是不说一说历史上第九战区的迟钝反应了，第九战区虽然与日军第11军多次交手，但是都是记吃不记打，这个第11军不仅仅是日军最为精锐的野战部队，同时也是侵华日军中惟一以机动作战任务为主的野战军。历史上自从武汉失守以来,日军向正面战场发动的多次进攻,除桂南会战是由华南方面军、中条山会战是由华北方面军发动的以外,都是由这个第11军发动的。
按道理说中国军事情报工作部门对这个第11军的动向给予更敏锐、更密切的监视，但是事实上第九战区对此根本一无所知，第11军为准备此次会战,从8月中旬起即从鄂西、鄂南、赣北抽调部队,向湘北集中。如此大规模的部队调动,无论是军事委员会的战略情报部门,还是第三、第五、第六、第九战区的战役情报部门,抑或是与日军当面接触的各部队战术情报部门,在长达1个月的时间里都毫无察觉,直到日军要发动全面攻势前一两天,才发现日军已在湘北集结重兵,足见中国各级军事情报部门的麻痹和疏懈。
而第九战区因情况不明,对会战无从进行、也来不及进行有针对性的准备,其第一线守备部队第4军、第58军甚至被日军吸引,胶着于大云山,后乘夜匆匆转回新墙河以南,喘息未定,日军已开始总攻。日军成功地隐蔽了战役企图,发挥了战役突然性,而第九战区在会战第一步就丧失了时机,仓促应付,在日军闪电式的攻击面前步步失策。
同样,第六战区对日军第13师团平渊支队和独立混成第18旅团的调走也毫无所知。待1个月之后,在湘北战场发现第13师团部队南调,再部署对宜昌反攻,为时已晚;开始反攻时,日军已结束长沙作战,平渊支队即将返转宜昌。倘能及早发现,早作预备,提前数日发起反攻,则宜昌必能克复。反之,日军特种情报部门却多次破译第九战区电报,对第九战区部署行动了如指掌,所以能及时调整部署着着胜算。
然而此时国民政府早早就知道日军的主攻方向是在长沙，所以第九战区在部队的调动上极为从容，而且还制定了详细的作战计划，因此对于日军的这次进攻，薛岳还是比较从容地。他认为日军虽然来势汹汹，但是总兵力不过五六万，而他手中却有三十余万大军，虽然说不一定能战而胜之，但是守住长沙应该不成问题。
但是事实上薛岳还是高估了第九战区的战斗力。11月8日拂晓，在阿南中将的指挥下日军发起全线攻击。经过大云山战斗的试探，阿南唯几已经对于第九战区的战斗力有了一个很直观的认识。尤其是当他在前线看到第27集团军破烂的武器装备之后，阿南唯几就放心了。
在阿南中将看来，支那政府军的战斗意志是毋庸置疑的，远远比他所知道的所了解的所看到的北支那的军队更有血性，在北支那的时候他可以指挥一个步兵联队轻松击垮一个师的支那军队。每每出战都是帝国皇军在进攻，支那人不过是被迫防御罢了，能打赢固然好，打不下来也没关系，今天打不下来有明天，明天打不下来有后天。再坚固的工事也坚持不了多长时间，因此在北支那的时候，阿南中将对于支那军队很是看不上，不单单是因为支那军队战斗力低下，更重要的是阿南中将认为支那军队已经失去了军人应有的血性，根本就不配称之为军人。
但是经过大云山之战，阿南中将明显感觉到与大日本皇军交战的这支支那军队战斗力虽然不是很强。武器装备也不好，但是战斗意志却很高昂，那些个子比大和民族高不了多少的四川佬每每大战都有一种有我无敌的气势，所以阿南中将不敢轻易冒险，在炮兵和航空兵到位之后，在加强了地面和空中的火力支援之后，日军前线的部队才在战车的配合下强渡新墙河。
阿南中将的战术很成功，虽然第九战区各部队都进行了极为激烈的抵抗。尤其是第4军的第102师正面抗击日军第3、第6师团的集中攻击,战斗尤为激烈。激战数小时,102师伤亡三分之一，所有重武器损失殆尽，连师部也遭到日军航空兵的袭击，副师长李建功重伤，参谋长黄卫华战死。8日下午4点日军渡河成功,突破守军第一线阵地。
第4军乃转入长湖东、西第二线阵地,继续抵抗。日军第3、第6师团及早渊支队沿粤汉铁路两侧地区迅速向南突进,第3师团一部迂回至第4军侧后。日军平野支队也搭乘海军舰艇沿洞庭湖东侧前进至湘江口的青山附近登陆,与主力协同,向该方面守军第99军展开进攻。不过就在日军陆空联合打击，试图击溃第四军，攻占守军的第二道防线之时。由河南郑州机场转场的北方空军战斗机第7大队抵达战场，对战场上肆虐的日军航空兵展开了围杀。
这次空战进行的时间并不长，从纠缠到结束也不过十多分钟，时间虽然不长。但是战果却极为辉煌。第7大队首战告捷，一举击落日军新命名的零式战斗机32架，击伤9架，日军出动的60架战机只逃回22架，剩下的不是被击落就是受伤后在归途中坠毁。
有了第7大队的空中增援，新墙河一线的部队迅速掌握了制空权，终于稳住了阵型，没有被日军一日之内连下两道防线。但是日军白天的进攻还是将第九战区的高层吓出来一身冷汗，虽然他们觉得已经高估了日军的战斗力，但是现在看来日军的进攻力度远比他们想象的还要犀利，今天要不是北方空军恰好赶到，恐怕第四军根本守不住第二道防线。
为了加强新墙河一线的防御力量，8日晚上10点,第九战区长官部发出紧急命令，令第72军从修水、三都地区西进至通城附近,并指挥暂编第54师,准备担任该方面的反击作战;令第20军（缺暂编第54师）进至王安屋、朱公桥方面,协同第58、第4军向西侧击渡河南进的日军，以加强湘北方面主战场力量。
接到第九战区长官部的命令之后，川军第20军军长杨汉域不敢怠慢，立即指挥军队由桃树港向朱公桥疾进,并且在9日黄昏前到达指定位置。为了给第20军争取时间，第58军在高家桥附近与当面日军激战。第58军军长孙渡知道第58军现在所处的位置，无论如何必须撑下去，为杨汉域所部争取时间，否则的话战区长官部的部署就成了泡影，数万大军将会彻底陷入苦战，因此他亲自到前线督战。
与此同时，第4军的第59、第60、第90师阵地也均遭到日军第40师团攻击,激战竟日,双方仍在对峙中。日军第3、第6师团快速向南突进,傍晚分别到达汨罗江北岸的石头铺、长乐街附近;第6师团还以一部从磨刀石渡河,与南岸守军第37军在颜家铺、浯口一带交战。
这时,第九战区在汨罗江南岸担任守备的部队只有第37军的第95、第140师和第99军的第92、第99、第197师。薛岳认为日军主要兵力都被牵制在了新墙河北岸，所以,薛岳打算在汨罗江两岸与日军决战，并且反击歼灭日军。
于是命令第37军（欠第60师）守备浯口至骆公桥之线;第99军的第99师守备络公桥以西、营田至湘阴之线;第92师推进于三姐桥以北,占领阵地,统归第37军军长指挥,坚决阻击日军;第26军主力即由浏阳开赴金井附近;第72军改调平江,准备作战。随后,第九战区又命令第27集团军各军向汨罗江以北日军侧背的长乐街、磨刀石、归义、新市等地攻击,迟滞其南进;命令第26军由金井向瓮江推进;令在衡山、渌口的第10军即向高桥、金井一带开进。
第二次长沙会战战场虽然在长沙外围，但是它却牵挂着包括老蒋在内所有人的心。11月9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、宜昌地区日军积极袭击,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。