“天炉战法”即后退决战。根据长沙地区的地形特点，在后退中创造“天炉”，即彻底破坏道路，中间地带实行空室清野，在伏击地区纵深配置兵力，以逆转敌我战斗力对比。待敌侵入决战地区之后，从四面八方以强大火力聚歼之，犹如天然巨炉熔铁，将敌烧为灰烬。
薛岳摆下的“天炉”阵如下：
第27集团军总司令杨森以部分兵力配置于新墙河南岸至汩罗江地区，以诱使日军进入“炉中”；
王陵基第名0集团军主力，从武陵、修水调到平江地区；罗卓英第19集团军从上高调到浏阳、株州，醴陵一带，与王陵基集团军在长沙东南面形成百里侧击态势。第73军从益阳推进到宁乡，在长沙西面处于机动态势。
素有打硬仗著称的第10军坚守长沙城。在长沙城西湘江对岸的岳麓山上配署155毫米榴弹炮兵一个旅，支援城防作战。
此时，蒋介石从重庆打来电话，指示薛岳，“我第二线兵团应由战线稍为后退配备，占领外线有利位置，以主动把握战机，容敌先攻长沙，我则乘其进攻受挫时，集中全力从各方面攻击敌人。”
显然，蒋介石的意图与薛岳的“天炉”相吻合，两人构思的部是一场在后退中包围敌人，再行歼灭的大战。
此次会战，经历了三个阶段。
第一阶段： 1941年12月24日至12月31日。日军大举进攻，第九战区各部队节节抵抗，诱敌深入。
第二阶段：1942年 1月 1日至 1月4日．日军进攻长沙城，钻进“炉中”，第九战区各军将敌包围。
第三阶段： 1942年 1月4日至 1月15日。第九战区“烧烤”日军，敌军决计突围。
第一阶段战斗。
1941年12月24日，夜。中原大地。风雪弥漫，天寒地冻。
阿南为了就近指挥，把军指挥所推进到岳州，在这风雪交加的夜里，他向集结于新墙河北岸的部队下达了进攻命令。
第6、第40两个师团，在强大炮火掩护下，徒涉冰冷的新墙河，向南进攻。
杨森集团军第20军之133师和134师，在新墙河南岸第一线即设阵地上，顽强阻击，使敌无法进展。
25日拂晓。
阿南命令第3师团和泽支队投入进攻，并增强炮火力量。天亮以后，第44飞行战队的的飞机也一齐出动，对守军阵地狂轰滥炸，掩护地面部队进攻。
守军第20军在第一线与敌激战三天三夜，予敌大量杀伤，随即按照预定计划撤出战斗，退避侧后。
12月26日。
阿南司令官根据飞机侦察的情报，对汩罗江南岸的第37军，作出了错误判断。该军本来是在此吸引敌军主力，阿南却完全上了当，对他的部队发出这样的命令：
敌第27军以第60师、第95师在瓮江、桃花、桐子山、湖源山、磨石山一线，又以第140师以花门楼至周家湾一线，占领阵地，企图长期战。……
于是，阿南命令第3、第6、第40各师团主力，加快进攻速度，向汩罗江岸推进，务于12月29日天亮前，向汩罗江南岸进攻，以迂回包围第37军，并吃掉该部队。
日军这三个主力师团争先恐后向前突进。第3师团跑得最快，于27日上午就赶到了滔滔作浪的汩罗江北岸。于当天下午，提前强行渡河。
第37军99师与敌第3师团勉强打了一下，便不知撤向何处去了。
阿南见第3师团攻过了江，大喜过望，决定扩大战果，命令其他师团加紧渡河，快速迂回包围37军。
但是，当第6师团和第40师团赶到汩罗江畔时，江水却陡然上涨，不能涉渡，江上的桥又被中国军队给炸了。日军这两个兵团只得冒着严寒在汩罗江上进行艰苦的架桥作业。
12月28日。
正急于歼灭第37军的阿南中将，猛然发觉自己以前的判断有问题，因为第37军的三个师不但没有要在原来的阵地上作长期死守，连短期战也不准备打了。其中第60师已由大湖岭、梧岗源、大平岭一带退去；第95师的情况更复杂，跑到什么地方去了也弄不清楚，好像是往麻石山、大头岭方向去了；第140师的情况也不太明，好像要以金井为中心，在象鼻桥东侧南北高地一线，向西配备。
其实，薛岳已将第37军调归玉陵基集团军。王司令正指挥该军向侧面山地后退，以便空出大道，让日军去攻长沙城。
日军各主力兵团根据阿南的命令，渡过汩罗江后，由于找不到攻击目标，处于彷徨之中。
是进是退？阿南也彷徨了。直到12月29日下午5时许，侦察机才从天上向他报告：“敌军正向长沙方面退却，”
进退维谷的阿南司令官，狠了狠心，决定向长沙进攻。本来，像进攻长沙这样远距离的大兵团作战，是需得到南京的中国派遣军总部和东京大本营批准的。可是现在，阿南已顾不得那么多了。因为他亲率大军出击，已在新墙河岸付出了不小的代价，现在就这样灰溜溜的退回去，未免太损大日本皇军的面子了。
12月29日，傍晚。
阿南又一次错误判断中国军队的运动，以为是在退却逃跑，于是，发出进攻长沙的命令。
一、敌有向长沙和金井方向退却之迹象。
二、本军司令官决定以主力向长沙方向追击。
各师团接到进攻长沙的命令，争功取胜心切，又争先恐后朝长沙扑来。
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