 第一次長沙會戰后，第9戰區仍與日軍隔新墻河對峙于湘北地區。
 1941年后，日軍醞釀發動第二次進攻。但因蘇德戰爭爆發，日軍積極準備對英美開戰，無力投入更多機動兵力，被迫縮小規模，僅將目的定為對第9戰區中國軍隊一次重大打擊。
 1941年9月初﹐日軍第11軍司令官阿南惟幾指揮四個師團﹑兩個支隊和航空兵﹑海軍各一部﹐約12萬人﹐進占岳陽﹑臨湘一帶﹐企圖擊潰第九戰區主力于湘北地區。
 1941年9月7日，日軍第6師團向湘北大云山守軍游擊根據地發動掃蕩，以掩護其第3、第4、第40師團在新墻河右岸集結。中國軍隊第4軍進行抗擊后撤守。
 9月10日，第 58軍增援大云山，收復該地區；13日，與日軍第40師團在甘田地區遭遇發生激戰，至17日，日軍主力于新墻河北岸展開，完成了對湘北攻擊的部署。
 9月18日拂曉，日軍第4師團沿粵漢路向長沙前進，獨立第14混成旅團向洞庭湖南岸進出。26日，第74軍從江西趕來增援，在春華山、永安市附近地區與日軍遭遇，展開激戰，又遭日機襲擊，損失甚重，被迫向南撤退。
 9月26日，日軍第4師團于渡過撈刀河。27日下午該師團一部渡過瀏陽河，并于傍晚從長沙城東南角沖入市內，28日占領長沙。29日，日軍第3師團攻抵株洲附近。
 中國第9戰區已于27日轉移攻勢，從各方調集增援部隊陸續趕至戰場投入戰斗，將日軍包圍于撈刀河、瀏陽河之間。長沙被圍之日軍與后方聯絡線已被切斷，補給十分困難，遂于1941年10月1日傍晚向北撤退。
 10月5日，中國截擊部隊在汨羅江以南地區與日軍展開激戰，迫使其北渡汨水向新墻河以北退卻。10月11日，中國軍隊恢復了原陣地，與日軍對峙于新墻河，會戰結束。中國軍隊共殲滅日軍4.8萬余人。
 圖為日軍第11軍司令官阿南惟幾在洞庭湖。【攝影資料：京都大學檔案】
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