第4军各师凭借既设阵地抗击日军。

第102师正面抗击日军第4、第3、第6师团的集中攻击，战斗尤为激烈。

数小时后，日军渡河成功，突破守军第一线阵地。

第4军乃转入长湖东、西第二线阵地，继续抵抗。

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师团一部迂回至第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至湘江口的青山附近登陆，与主力协同，向该方面守军第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，以便于尔后机动或侧击日军。

18日22时30分，第九战区为加强湘北方面主战场力量，令第72军从修水、三都地区西进至通城附近，并指挥暂编第54师，准备担任该方面的反击作战。

令第20军(缺暂编第54师)进至王安屋、朱公桥方面，协同第58、第4军向西侧击渡河南进的日军。

19日，第20军由桃树港向朱公桥疾进，黄昏到达指定位置。

第58军在高家桥附近与当面日军激战。

第4军第59、第60、第90师阵地均遭到日军第40师团攻击，激战竟日，双方仍在对峙中。

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师团还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，第九战区在汨罗江南岸担任守备的部队只有第37军(辖第95、第140师)和第99军(辖第92、第99、第197师)。

20日，军事委员会电令第九战区固守湘江两岸及汨罗江南各既设阵地，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敌人攻击，以策应第九战区作战。同时令第六战区向荆州、宜昌地区日军袭击，相机收复宜昌。

军事委员会除明确将第10、第26军拨归第九战区指挥外，还命令从第六战区抽调第79军、从第七战区抽调暂编第2军增援第九战区。

但第九战区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后送交第11军。

该军原定沿长(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(即湘江方面)，当获悉第九战区以4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，立即改变原定部署，令第3、第4师团逐次转向浯口、瓮江东侧地区，令第40师团、第6师团从东面山地迂回，对中国第37、第26、第10军形成合围态势，予以歼灭。

当日，日军第4、第3、第6师团及早渊支队从骆公桥、新市、磨刀石、浯口等渡河点强渡汨罗江，突破第37军前进阵地。

守军向主阵地撤退。日军第40师团配属荒木支队，击退第4军侧击后，留江藤支队掩护补给线，主力转向新官桥、瓮江以东地区，预定经平江迂回南进。

9月22日，日军在航空兵支援下向第37军主阵地攻击。

双方激战3天。至24日，日军第3、第4师团突破守军主阵地，将第95师、第140师包围。

第37军奉命向麻林市突围转移，伤亡甚重。