1941年12月20日，日军从新墙镇向新墙河下游右岸地区的集结，准备从25日晨发动攻势。

　　1941年12月24日，中国军队北上抵达新墙河北岸投入战斗。

　　1941年12月25日，第20军继续与日军激战，该军奉命向东南方向的三江口、关王桥、王家坊山区（即影珠山、古华山一线）后撤。

　　1941年12月26日，第6师团第23联队在龙凤桥与第133师部队激战8个小时，于当日21时占领阵地。傍晚，第3师团得到“汨水左岸之敌，正逐次撤退”的情报，于是决定提前进入汨水左岸，规定该部必须在28日拂晓前推进到汨水左岸地区，攻击归义南方高地一线之地。而独立步兵第65大队则与第6、第40师团的一部交替，占领从关王桥到三江口东南方的各据点，担任掩护军左侧背任务。


 

　　1941年12月28日，阿南惟几作出了决定放弃了围歼国军的目标，而把目标转向了长沙。

　　1941年12月30日，第6师团所部步兵第13联队在空军支援下向鸭嘴山第95师阵地进攻，从北向南逐渐推进。

　　1941年12月31日19时，第3师团下达了新的命令，但是进攻的最佳机会已经失去。由于大雨而暴涨的汨罗江，将日军阻挡了12小时以上。这时，日军已经杀到了九战区布置的口袋的袋底，而国军也在向日军侧背挺进。第9战区于当日命令各部队，于1月1日零时开始攻击前进，对长沙外围之敌进行反包围，并限定在1月4日夜间，进至第一次攻击到达线。当晚，面对日军的进攻，中国军队很快作出了反应。北门方向第190师反攻左家塘，南边预10师反攻军储库，同时预10师一部围歼白沙岭之敌，至22时上两处阵地克复。当夜1时30分、3时20分，日军两次向邬家庄、小林子街进犯。预10师分别投入第30团1个营、29团2个营反击，两次都夺回阵地。第29团团长陈新善、团副曾友文殉国。

　　1942年1月2日，长沙东郊、北郊和南郊的前进阵地全部失守。

　　1942年1月3日，日军第10军开局不利。第6师团的日军利用暗夜的掩护和守军的大意在陈家山下集结，于清晨冲上山顶占领了阵地。

　　1942年1月4日2时，第68联队命令第1大队突破荒山，第2大队突破冬瓜山。第8中队于7时30分占领了东瓜山高地。9时，第3师团下达了反转的命令，在第3师团为确保渡河点而奋战的同时，守备第6师团渡河点榔梨市附近的步兵第45联队以及辎重兵第6联队也陷入了苦战。4日夜，薛岳下达了追击令，至5日7时，长沙附近已无敌踪。此时第4军和73军一道开始了追击。

　　日军两个师团并列向北退却，中国军队紧紧追击。该两军于7日凌晨退到捞刀河北岸、枫林港地区。

　　1942年1月8日，日军第3、第6师团由捞刀河北岸继续北退，沿途不断遭中国军队截击、侧击。进至青山市、福临铺、影珠山地区时，遭到第73、第20、第58、第37军的拦截阻击和第4、第26、第78军的追击，第3、第6师团被包围于该地区。

　　1942年1月10日，第6师团企图向北突围，其第13联队被第20军和第58军分割包围。

　　1942年1月11日，日军第6师团及第3师团陆续突出拦截线，第40师团亦从春华山东侧北撤。第99军、第37军再在麻石山、麻峰嘴等地进行截击。日军一面抵抗、一面撤退。至12日，日军退至汨罗江北岸才得以收容、整顿。

　　1942年1月15日，日军退至新墙河北原防地，第20军、第58军、第78军等中国军队一面寻歼汨罗江以南的残留日军，一面向新墙河以北日军阵地实施袭击。至16日，基本上恢复了会战开始前的态势。第11军指挥所也撤回汉口，第三次长沙会战到此正式落下帷幕。