國軍為應對日軍進攻，在戰前也做了很多的很準備，新抽調了第5、74、100軍增援湘江以西陣地，準備圍殲右翼進攻的日軍第40師團，湘江以西的部隊由杜聿明統一指揮。抽調戴安瀾新2軍增援瀏陽、廖耀湘新6軍隱蔽在萍鄉以北山區，抽調孫渡滇軍第58軍、楊宏光新3軍增援，布置在浙贛邊界，準備打擊日軍左翼第3、13師團，這一區域部隊統一由戴安瀾負責指揮，國軍防守長沙的為張德能指揮的第4軍和獨立炮兵團。
廖耀湘新6軍是豫中會戰期間，常申凱從緬北緊急空運至衡陽八甲嶺機場，再從衡陽乘火車至萍鄉。因為抽調新6軍，常申凱與史迪威的矛盾衝突到達頂點。史迪威惱怒於"花生米"違背承諾再次抽調遠征軍主力。常申凱則認為史迪威不識大體，緬甸現正處於雨季，無法采取軍事行動。為什麼不能抽調一些部隊回國支援。日軍正大規模進攻平漢線，明眼人都知道日軍必將南下，長沙、衡陽處於危險之中。
常申凱強硬抽調了新6軍進入湖南後，史迪威惱怒之下向美國政府建議武裝八路軍、新四軍。並以國軍豫中會戰表現為由質疑常申凱的指揮能力，試圖以美國政府的壓力迫使常申凱交出國軍指揮權，史迪威設想國軍全部交由美軍指揮。後來常申凱得知後暴怒，史迪威的做法徹底觸動了他的敏感神經。常申凱視此行為對其權威的挑戰?，他向美國政府要求撤換史迪威這"刺兒頭"。常申凱與史迪威矛盾的激化，為史迪威黯然回國埋下了伏筆。
日軍在橫山勇的指揮下，三路日軍幾乎齊頭並進，左翼第3、13師團分彆自南林橋和崇陽進犯，國軍鄂保安團第3挺進隊、新13師進行阻擊，日軍5月28日攻陷了通城；6月2日日軍第13師團越過長壽街、獻鐘以南大山，國軍第1集團軍及第44軍1團進行阻擊日軍，日軍繞道東門、古港、永和準備向南進犯。第72軍尾隨第13師團南下，國軍第58軍、第22軍113師對日軍在蔣埠江、橫山一帶進行阻擊；6月4日開始日軍第3師團分彆由花橋、金井南犯，國軍第37軍主力在洞陽市、躍龍市一帶進行阻擊。
中路第58師團、第116師團、第34師團分彆從潼溪街、八仙渡強渡新牆河，國軍第20軍進行了有力阻擊，但奈何日軍數量大使日軍渡過了新牆河；日軍渡過新牆河後開始進犯汨羅江，國軍第37軍162師和99師於汨羅江的兩岸進行阻擊；5月31日日軍從浯口、歸義強渡汨羅江；6月6日中路日軍的主力到達了金井、福臨鋪、沙基市、大路鋪、五倫鋪一帶，前線日軍到達了撈刀河。
右翼日軍第40師團自華容、石首南犯，國軍第99軍進行節節阻擊；6月1日日軍開始水陸夾擊，6月6日渡過了沅江、6月9日日軍開始進犯益陽；國軍第77師據城反擊日軍。
國軍首先發起反擊的是左翼，6月7日日軍第13師團前鋒一個大隊攻擊到高坪，與廖耀湘新6軍迎麵相撞，被新6軍一個照麵消滅。第13師師團長赤鹿裡收到報告，立即感覺到不對勁，一個大隊的日軍被這麼快被消滅不同尋常，赤鹿裡立即命令攻擊部隊向北收縮到永和，第13師團集中在古港、沿溪、永和、官渡一帶。戴安瀾在瀏陽已等待多時，他及軍部直屬部隊與川軍第44軍留守瀏陽，立即命令副軍長廖齡奇帶著三個主力師從西南向古港壓了過去，其中一個師進入北部山區協助川軍第20軍、第27軍斷絕第13師團北撤後路，同時防備日軍南下增援。廖耀湘新6軍、孫渡第58軍一部出南麵山區向北出擊，新3軍第58軍餘部向西壓迫。
赤鹿裡發現第13師團同時遭到西南、南麵、東麵的攻擊，大溪河以南永和的前鋒部隊被國軍大批部隊包圍。赤鹿裡意識到第13師團遭遇了埋伏，他命令永和前鋒部隊堅守，另派部隊向北發起試探性進攻，同時電告了第11軍橫山勇，古港、永和發現國軍主力，所部已被包圍。向北試探性進攻很快就被國軍打退，赤鹿裡確定第13師團四麵被圍，但他並沒有太慌張。赤鹿裡認為國軍想吃掉第13師團，還要看國軍有沒有這樣的牙口，除了國軍精銳第74軍赤鹿裡還沒有怕過國軍其他部隊。他的想法很簡單：拖住這支國軍主力，日軍後續部隊南下增援與第13師團一起消滅這股力量。西南、南部攻擊的國軍大量裝備美式武器，赤鹿裡判斷這兩股部隊屬於國軍中央軍，如果能消滅這股力量，第13軍肯定是首功一件。他不知道的是由於他的誤判，第13師團包括他自己會命喪此地。
橫山勇接到赤鹿理的電報，也同意了赤鹿理後續發來的作戰建議：由第13師團拖住國軍，後續部隊加緊支援、圍困，部署完成後第13師團中心開花，消滅這股國軍。橫山勇命令第3師團向東攻擊瀏陽，命令第27師團趕到平江，向南發起進攻。
第13師團在大溪河以南的前鋒部隊有4000餘人，得到赤路理的命令後安排部隊修建防衛工事。6月8日新6軍、第58軍發動了總攻，新6軍的美製重炮12門105毫米榴彈炮、24門75毫米山炮開火了，永和日軍被炮火覆蓋。第58軍將士們看著新6軍的全副美軍裝備，口水都要流出來了，國內軍隊還沒有如此好的裝備，包括國軍第74軍。日軍沒有想到南麵的國軍火力如此強大，遠超了自身。新6軍全軍餘人，除留守萍鄉5000餘人外，全軍餘都在此地，再加上第58軍南線8000餘人，進攻部隊達到餘人。
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