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从1日夜至2日凌晨，双方在长沙东门、南门外地区展开激烈争夺战，反复肉搏，阵地多次失而复得，第29团团长陈新善、团副曾友文等阵亡，但终于守住了阵地，击退了疯狂进攻的日军。在第28团英勇攻击下，被围在白沙岭的日军除一名士兵于2日凌晨2时逃走外，加藤素一及其副官桥本光义以下全部被歼。
薛岳从获得日军作战命令、阵中日记等重要文件中，得知日军弹粮不足补给困难，及进攻计划和布兵位置等重要情报，高兴地拍案说道：“几张薄纸，胜过万挺机枪！”
此时，处于外线的各集团军正从三面向长沙推进中。第九战区立即将此敌情通报各部队，并令各集团军按预定计划，快速向长沙日军合围。
1月2日，方先觉继续指挥部队在第二道防线与日军苦战。薛岳将战区直属炮兵团的大口径火炮全部交李玉堂指挥。李玉堂又将预10师阵地作为炮火支援重点。密集的炮弹爆炸后，守军阵地前日军陈尸累累。
在师团长丰岛严厉督促下，日军冒着炮火几次冲上守军阵地进行肉搏，双方伤亡惨重。上午11时，金盆岭阵地第29团2营阵地联络中断。身负重伤的侦察员爬到临近2营的一个阵地，向师部报告2营危急，带队的副团长陈新喜、团副曾友文阵亡，全营官兵大多数已阵亡，阵地已被日军攻占大半，剩下的官兵们还在死守，请师长速派援兵。
师长方先觉计算时间，派兵增援为时已晚。况且2营阵地易守难攻，倘若被敌攻占，援兵也难上去。他忍痛下令：“集中全师炮火，向2营阵地实施覆盖式轰击！”半小时后，预备队两个连赶到金盆岭，只见阵地上中日士兵死无完尸，碎尸一片无法区分。官兵们含泪搬开死者尸体，来不及埋葬和焚烧，暂时堆在一处，开始迎接下一轮战斗。
2日下午，日军第3师团继续组织进攻，将攻击重点由南门方向移向东门，集中炮火攻击，并令工兵第3联队逐次爆破守军的堡垒群，猛攻守军第3师一线阵地。守军顽强抗击，以手榴弹和刺刀进行肉搏，击退日军多次进攻。
守备南门外修械所高地的预备第10师葛先才团（第28团），战至仅剩58人，终于保住了阵地。第30团还以一部兵力秘密机动至南门外侧击日军第68联队，将其第7中队击歼大半，中队长丸山信一以下所有官兵全被歼灭。
经两天激战，日军第3师团伤亡惨重，后方交通被切断，补充困难，所携带弹药又将用完，已无力组织强有力的攻击，将全部兵力投入第一线也毫无进展，被迫改为守势作战。
这时中国第4军已由广东车运到达株洲，第19、第27、第30集团军也按计划正向长沙合围中。