8月26日，日军大本营发布了决定进行长沙作战的“大陆命第538号”：“中国派遣军总司令官为完成当前的任务，夏秋之际在华中方面可暂时超越规定的作战地区进行作战。”
9月1日，中国派遣军总部向第11军传达了大本营的上述命令。
然而，就在大本营发布决定进行长沙作战命令后没几天，日军参谋本部的作战课内，中止长沙作战的意见又开始抬头。经过争论后，大本营于9月2日对长沙作战又提出了两条附加条件：一是明确抽调的兵力在南方展开前，不得使之参加长沙作战；二是长沙作战要尽快结束。
就这样，几经反复，日军大本营在进攻长沙问题上总算有了最后的定论。
阿南惟畿在焦急不安地等待中总算接到了大本营最后的有关长沙作战的指示。随后，他令参谋人员根据“加号作战”方案，拟定出更为详细的作战计划。
自8月中下旬起，日军第11军开始向湘北集结作战兵力。主要部队及集结位置是：
第3师团：配属4个山炮大队，8月下旬由湖北应山附近出发，9月16日前后集结于岳阳东南的小桥圳；
第4师团：配属山炮、迫击炮各1个大队，8月下旬由湖北应城、安陆地区出发，9月10日前后集结于岳阳东南的新开塘附近；
第6师团：配属2个山炮大队、1个迫击炮大队，原在岳阳、崇阳担任守备，9月中旬集结于岳阳以南的草鞋岭附近；
第40师团：配属1个山炮大队，9月上旬由湖北大冶、咸宁地区西移至桃林附近集结；
早渊支队：以第13师团4个步兵大队、2个山炮大队为基干组成，9月15日集结于岳阳以东的冷水铺附近；
荒木支队：以第33师团3个步兵大队、1个山炮大队为基干组成，9月上旬集结于桃林附近；
平野支队：以独立混成第14旅团1个步兵大队、1个山炮中队为基干组成，9月中旬由江西瑞昌移至岳阳城陵矶附近集结；
江藤支队：以独立混成第14旅团1个步兵大队为基干组成，9月中旬由江西瑞昌移至临湘附近集结；
战车第13联队：配属2个轻装甲车中队，9月中旬由武汉向岳阳集结；
野战重炮兵第14联队，9月中旬由武汉向岳阳附近集结；
第11军工兵队：以3个独立工兵联队、8个架桥材料中队为基干组成，9月上中旬由武汉向岳阳、临湘地区集结。
9月15日，第11军在岳阳设立司令部战斗指挥所，并召集各部队参谋长会议，检查发动攻势的准备情况。该军9月上旬最后确定的作战计划要点是：
一、作战目的：摧毁中国军队的抗战企图，给西部第九战区军队一大打击。
二、作战方针：军决定9月18日开始攻势，击败新墙河、汨水之间的中国军队；接着准备自长乐街附近进入汨水下游一线发动进攻，攻击该河左岸之中国第4军及第99军。在新市—栗桥（新市南约25公里）公路一线突破敌人阵地，以军的主力将敌包围在该公路以西湘江一带歼灭之；另以一部（第6、第40师团）击败蒲塘（平江正西偏南约10公里）方面山地内之敌。大致于10月上旬结束作战后反转，集结兵力于岳阳附近。
攻击汨水左岸地区中国军队的开始时间预定在9月23日，9日底前达到作战目的。
第11军在集中后期，以一部兵力协同海军向洞庭湖西岸的常德佯攻。
为牵制中国第九战区军队，第11军令警备在赣北方面的兵团适时发动攻击，使在赣北地区的第九战区部队不能回援湘北。
从阿南惟畿的上述部署可以看出，此次作战，他吸收了第一次长沙会战时日军分散使用兵力的教训，不再是从赣北、鄂南、湘北三个方向进攻长沙，而是将所有的兵力全部集中在湘北，形成湘北方面的绝对优势。阿南惟畿这一部署，充分说明他是铁了心要吃掉第9战区的主力部队。
日军在进行紧密的作战准备，镇守湘北地区的第九战区也没有虚度光阴。虽然自从民国28年下半年日军向长沙发动的进攻遭受挫败以后，日军在中国关内地区的唯一机动作战集团第11军将近两年都没有再尝试向第九战区的控制区发动大规模进攻。第九战区继续在横跨湘、鄂、赣三省的长江以南地区与日军第11军形成宽正面对峙。但是，由于日军控制了湖南的北面门户岳阳，随时可能在调集兵力以后，向长沙发起进攻，所以，第九战区一直没有放松对日军的戒备。
1940年7月，军事委员会重设第六战区后，第九战区向西、向北与第六、第五战区的分界是石门桥（常德南约15公里）、连山湖南岸、大通湖北岸、洞庭湖北岸沿长江至武汉下游迄九江之线；向东与第三战区的分界为抚河、鄱阳湖口之线。这几个战区共同构成对武汉日军第11军的包围态势，正处于日军所谓“作战地区”的当面，故作战行动较为频繁。
第九战区根据本战区地形和日军部署，并总结第一次长沙会战、上高会战等作战经验，判断日军的进攻方向：在赣北方面，一是由德安、安义指向武宁、修水、铜鼓，一是指向高安、上高、万载，或指向新淦、吉安；在鄂南方面，可能由崇阳、通山、通城向南指向平江、浏阳；在湘北方面，则由沿粤汉铁路两侧地区向南直趋长沙。以上各方向中，湘北当为主要方向，其他则为策应方向或牵制方向。据此，第九战区乃将主力部署于湘北方面，并利用横亘于此方向纵深内的新墙河、汨罗江（汨水）、捞刀河、浏阳河等构筑多层阵地，加强防御的韧性，将机动部队控制于东侧幕阜山、连云山山地，以便侧击进攻日军。1941年3月17日，第九战区制定了反击作战计划。
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