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日军第3、第4师团及早渊支队，沿粤汉铁路两侧地区迅速向南突进，第3师团一部迂回到第4军侧后。日军平野支队也搭乘海军舰艇，沿洞庭湖东侧前进到湘江口的青山附近登陆，与主力协同，向守军第99军展开进攻。
至16时，第4军第二线阵地又被日军突破。该军军长欧震鉴于日军兵力占优势，攻击猛烈，且有空中支援，正面阻击已不能奏效，遂令各师逐次掩护，向关王桥以东山地转移，占领有利阵地，以便尔后机动或侧击日军。
为加强湘北主战场力量，18日夜，薛命令第72军从修水、三都地区西进至通城附近，并令暂编第54师，准备担任该方面反击作战；令第20军（缺暂编第54师）进至王安屋、朱公桥方面，协同第58军、第4军向西侧击渡河南进日军。
同时，薛岳向军委会提出，调三至四个军驰援湘北作战。
19日，日军第4、第3、第6师团快速向南突进，傍晚分别到达汨罗江北岸的石头铺、长乐街附近；第6师团以一部从磨刀石渡河，与南岸守军第37军在颜家铺、浯口一带交战。
这时，汨罗江南岸守军只有第37军和99军。
9月18日，薛岳根据预定的在汨罗江两岸与日军决战、反击而歼灭日军的计划，命令第37军守备浯口至骆公桥之线；第99军的第99师守备骆公桥以西、营田至湘阴之线；第92师推进至三姐桥以北，占领阵地阻击日军；第26军主力由浏阳开赴金井附近；第72军调往平江，准备作战。
随后，薛岳又令第27集团军各军，向汨罗江以北日军侧背的长乐街、磨刀石、归义、新市等地攻击，迟滞日军南进；令第26军由金井向瓮江推进；令在衡山、渌口的第10军向高桥、金井一带开进。
但是，薛岳9月18日发给各集团军、各军的电报，被日军特种情报部门窃收并破译。日军第11军原定沿长（沙）岳（阳）公路突进至汨罗江南岸后，将主力第3、第4师团使用于战场西部（湘江方面）。司令官阿南惟畿获悉，薛岳以四个师守备汨罗江既设阵地，而将主力置于战场东部的瓮江等地侧击日军的情报后，立即改变作战部署：
令第3、第4师团逐次转向浯口、瓮江东侧阵地；令第40、第6师团从东面山地迂回，对中**队第37、第26、第10军形成合围态势，予以歼灭。
9月20日，军委会电令：第九战区固守湘江两岸及汨罗江南各阵地，加强抵抗，保持主力于外翼，力求攻击敌之侧背；令第三、第五战区乘虚向当面之敌攻击，以策应第九战区作战。令第六战区向荆州、宜昌地区日军积极袭击，相机收复宜昌。23日开始实施。