日军第13师团长赤鹿理中将和日军第3师团长山本三男中将在浏阳会面，第3师团和第13师团都曾多次被独立团打残过，幸好在队伍中大量补充了朝鲜士兵，不然的话很难在短时间之内做到齐装满员。日军的这两位师团长只要听说张昊大名，就会心悸胆寒。
大军开至浏阳，按11军军部作战计划，大军会攻目标是萍乡，可是萍乡有独立团驻扎，赤鹿理中将和山本三男中将由于害怕张昊独立团不得不命令队伍停止前进。赤鹿理中将和山本三男中将的浏阳达成共识，以为消灭张昊独立团是实现“一号作战计划”目标的关键所在，两个师团必须协同作战，务必一举把张昊独立团铲除。
6月16日，日军在航空兵直接支援下，对岳麓山及长沙市发动总攻，第34师团当天攻占了岳麓山东、西的虎形山和牛形山。黄昏时，日军第58师团突破第59师修械所阵地，59师撤守妙高峰、天心阁核心地带。
6月17日晨，日军在航空兵掩护下向天心阁和桃花山阵地猛攻，并施放大量喷嚏性毒气。双方死伤均极众。岳麓山方面，日军第68师团的第58旅团由第34师团右翼迂回至守军第90师左翼，猛攻燕子山阵地，第90师的第268团损伤过半，形势极为严峻。第4军决定将军主力增援岳麓山，令第59师及第102师各留1个团继续防守长沙市，其余部队于入夜时渡湘江转移至岳麓山。渡河仓促，坠江溺毙者，不下千余，加上日军在牛形山及其东面以猛烈火力侧击半渡的部队，致死伤更众。后续渡河部队被迫折返东岸。18日晨，渡河部队到达湘江西岸时，岳麓山核心阵地已失，被迫退出岳麓山。其后复被尾击，直溃退至邵阳。留于长沙的2个团，在日军猛攻下更无法支持，一部千余由北门冲出东山，沿途与日军战斗，退至茶陵归27集团军欧副总部收容、指挥，长沙遂于18日15时被日军占领。
“中国派遣军”为了策应第11军作战，在日军进攻长沙期间令第13军派驻杭州的第70师团从金华进攻衢州，以牵制第三战区的部队向湖南调动。6月10日第70师团沿铁路两侧攻击前进，12日攻占龙游，以后即遭到守军第26、第79师的坚强抵抗。第105、第145、第146师也投入反击。但在日军驻金华的独立步兵第104大队来援后，守军退守衢州城。6月26日4时40分，日军开始攻城，5时15分突入城中。守军撤退至衢江，因船不足，大部泅渡，遭追击日军火力集袭，伤亡非常大。日军仅1个师团，深入拥有3个集团军的第三战