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12月30日晚，薛岳向蒋介石报告日军当前动态，并说“我军已按照既定计划围歼此敌”。
蒋介石为防止过早使用第二线部队，致电薛岳：“敌似有沿铁道线逐步推进攻占长沙之企图。该战区在长沙附近决战时，为防敌以一部向长沙牵制，先以主力强迫我第二线兵团决战，然后围攻长沙，我应以第二线兵团距离于战场较远地区，保持外线有利态势，以确保机动之自由，使敌先攻长沙，乘其攻击顿挫，同时集举各方全力，一举向敌围击。以主动地位把握决战为要。”
为了坚定歼敌信心，打好这场“天炉战”，薛岳在下达作战命令之前，首先下达了严格作战纪律的命令，规定“各集团军总司令、军长、师长务确实掌握军队，亲往前线指挥，俾能适时捕拿战机，歼灭敌人”；本人“如战死，即以罗副长官（卓英）代行职务，按预定之计划围歼敌人；总司令、军、师、团、营、连长倘有作战不力、贻误战机者，即按革命军连坐法议处，决不姑宽”。
并将上述规定向蒋介石报告，且表示说：“第三次长沙会战关系国家存亡，国际局势之巨。本次会战职有必死决心，必胜信念。”
蒋介石复电说：“兄能具此决心，督饬所部，良堪欣慰。当此友邦并肩作战之际，甚盼此次会战能获得决定之胜利，以为我革命军人争得无上光荣也。”
12月31日，薛岳向各集团军下达了向长沙附近集结及第10军固守长沙城的作战命令：
（1）战区决定以各兵团向长沙外围之敌军，行求心攻击聚歼之。
（2）杨副长官指挥第58军，由长乐街经栗山港、青山市向安沙，第20军由清江口经福临铺向石子铺索敌攻击。其到达线第一次为三姐桥、安沙，第二次为傅家冲、周婆塘之线。
（3）王副长官指挥第37军（缺140师），由瓮江经脱甲店、上沙市向望仙桥，第78军由三角塘、更鼓台经金井、春华山向长桥索敌攻击。其到达线第一次为春华山、东林市，第二次为大湾港、长桥之线。
（4）罗副长官指挥第26军主力，由洞阳市经永安市向朗梨市，一部由江花桥经永安市协助军主力索敌攻击。第79军（附194师）主力由金潭向黄花市以南，一部由渡头向柞山桥索敌攻击。其到达线第一次为东林市、柞山桥、大托铺之线，第二次为朗梨市、东山、金盆岭之线。
（5）第10军固守长沙及水陆洲，第73军固守岳麓山，待各兵团到达第二次攻击到达线时，即断行反攻。
（6）第99军（附140师）以第197师固守湘江西岸及洞庭湖南岸原防；第92师由三姐桥经桥头驿、第140师由栗桥经管桥向捞刀河之敌攻击。其到达线第一次为桥头驿、官桥之线，第二次为捞刀河市附近。第99师固守双狮洞、湘阴、营田，并以一部由明月山、双狮洞向栗桥、福临铺侧击敌军，截断敌补给线。开始攻击时间，另行规定。
12月31日，日军第3师团到达朗梨市，正准备渡过浏阳河，第6师团进至麻林以南，第40师团也进至上沙市以南，其先头已接近永安。
因日军“已进入预定包围圈中”，第九战区令各集团军于1942年1月1日子夜开始攻击，限1月4日到达第一次攻击到达线。防守长沙市区部队是第10军。
12月30日，军长李玉堂制定了保卫长沙作战计划。
兵力部署及任务是：
第3师（附警备司令部所指挥的各武装团队）以主力占领长沙城垣，以一团控置于城东南角，拒止敌人进犯，并以便衣队（约一连）在安沙、沙坪附近预行潜伏，搜索敌情；
预10师占领自水陆洲、猴子石、金盆岭、黄土岭、林子冲、左家塘、半边山之线，主力控置于黄土岭附近，拒止敌人进犯，并派便衣队在东山附近预行潜伏，阻止敌人；
第190师占领左家塘、杨家山、鞍子山、湖迹渡、复兴市附近、新河正街之线，拒止敌人，并派便衣队（约一连）在枫林港预行潜伏，搜索敌情。