1941年8月26日，日本大本營以“大陸令”第538號命令批準長沙作戰計劃。8月下旬，日軍第11軍開始向湘北集結兵力，進行作戰部署：
第3師團配屬四個山炮大隊，由湖北應山附近出發，9月16日前後集結於嶽陽東南的小橋圳；第4師團配屬山炮、迫擊炮各一個大隊，由湖北應城、安陸地區出發，9月10日前後集結於嶽陽東南的新開塘附近；第6師團配屬兩個山炮大隊、一個迫擊炮大隊，由嶽陽、崇陽出發，9月中旬集結於嶽陽以南的草鞋嶺附近；第40師團配屬一個山炮大隊，9月上旬由湖北大冶、鹹寧地區，西移至桃林附近集結。
早淵支隊以第13師團四個步兵大隊、兩個山炮大隊為基幹組成，由宜昌以南的紫金嶺出發，9月15日集結於嶽陽以東的冷水鋪附近；荒木支隊以第33師團三個步兵大隊、一個山炮大隊為基幹組成，由江西安義地區出發，9月上旬集結於桃林附近；平野支隊以獨立混成第14旅團一個步兵大隊、一個山炮中隊為基幹組成，9月中旬由江西瑞昌移至嶽陽城陵磯附近集結；江藤支隊以獨立混成第14旅團一個步兵大隊為基幹組成，9月中旬由江西瑞昌移至臨湘附近集結。
戰車第13聯隊配屬兩個輕裝甲車中隊，9月中旬由武漢向嶽陽集結；野炮重炮兵第14聯隊，9月中旬由武漢向嶽陽附近集結；第11軍工兵隊以三個獨立工兵聯隊、八個架橋材料中隊為基幹組成，9月中旬由武漢向嶽陽、臨湘地區集結。
9月15日，第11軍在嶽陽設立司令部戰鬥指揮所，並召集各部隊參謀長會議，檢查戰前準備情況，並確定：
作戰目的：摧毀中**隊的抗戰企圖，給第九戰區軍隊以重大打擊。
作戰方針：擊敗新牆河、汨羅江之間的中**隊後，接著從長樂街附近進入汨羅江下遊一線發動攻勢，攻擊河左岸的中國第4軍及第99軍。在新市至栗橋（新市南約25公裏）公路一線突破敵陣地，以軍主力將敵包圍在公路以西湘江一帶殲滅之；另一部（第6、第40師團）擊敗蒲塘（平江西南約10公裏）方麵山地內之敵。攻擊汨羅江左岸地區中**隊的時間，定為9月18日開始進攻。預定在9月23日，9月底前達到作戰目的。
第11軍集結後期，以一部兵力協同海軍向洞庭湖西岸的常德佯攻。為牽製中國第九戰區軍隊，令警備在南潯沿線（南昌方麵）的兵團適時發動攻擊。
第11軍用於長沙方麵進攻作戰的地麵部隊，總兵力為45個步兵大隊、26個炮兵大隊，另有若幹海軍及航空兵協同部隊，共約12萬人。
1941年3月17日，第九戰區製定了反擊作戰計劃。
作戰方針：贛北、鄂南方麵，對非主攻方麵之敵，力求將其夾擊於崇仁、新淦以北，宜春、萬載、銅鼓、修水以東及修水、長壽街、梅仙以北地區，予以各個擊破；湘北方麵，“敵如以主力由楊林街、長樂街、福臨鋪道及粵漢鐵路兩側地區向長沙進犯時，則誘敵於汨羅江以南、撈刀河兩岸地區，反擊而殲滅之”。
指導要領：主要應用“誘敵深入、反擊殲敵”的戰法。
這次會戰前，第九戰區所轄正規部隊為三個集團軍11個軍30個師，另有若幹遊擊部隊。
作戰部署：
第27集團軍總司令部位於平江。其所屬第4軍擔任磊石山、鹿角至公田間新牆河南岸守備，並以一部占領新牆河以北筻口、大雲山前進陣地；第58軍擔任黃岸市、九嶺、北港、賽公橋一線守備；第20軍擔任通城、鐵柱港、鬥米山、楊芳林各線守備。
第30集團軍總司令部位於修水。其所屬第78軍擔任觀音閣、潭埠之線守備；第72軍以一部守備東坑嶺、留咀橋之線，主力集結於三都南北地區。
第19集團軍總司令部位於上高。其所屬新編第3軍擔任靖安、奉新一線守備；第74軍集結於新餘、分宜地區整訓；預備第5師擔任市汊街、溫圳一線守備；江西保安縱隊擔任錦江南岸守備。
第99軍（戰區直轄）擔任漢壽、沅江、青山一帶洞庭湖防及湘陰、營田、歸義間湘江、汨羅江守備；第37軍（戰區直轄）集結於長樂街、甕江、福臨鋪間地區整訓。
第26軍（軍委會直轄）集結於金井、瀏陽、永安市一線整訓；第10軍（軍委會直轄）集結於衡山、株洲地區整訓。
湘鄂贛邊區挺進軍（轄七個縱隊），主力部署於鹹寧、瑞昌間地區擔任遊擊。
第九戰區司令長官部位於長沙。
9月上旬，日軍第6師團為掩護主力集結，解除渡河地帶的側後威脅，向第4軍新牆河北岸前進據點進行掃蕩作戰，9月18日發起全麵進攻。
戰役打響後，軍委會除將第26軍、第10軍撥歸第九戰區指揮外，又從第六戰區調第79軍、從第七戰區調暫編第2軍向第九戰區增援。
第九戰區參戰部隊有11個軍30個師及若幹遊擊部隊，共約36萬人。
第3師團配屬四個山炮大隊，由湖北應山附近出發，9月16日前後集結於嶽陽東南的小橋圳；第4師團配屬山炮、迫擊炮各一個大隊，由湖北應城、安陸地區出發，9月10日前後集結於嶽陽東南的新開塘附近；第6師團配屬兩個山炮大隊、一個迫擊炮大隊，由嶽陽、崇陽出發，9月中旬集結於嶽陽以南的草鞋嶺附近；第40師團配屬一個山炮大隊，9月上旬由湖北大冶、鹹寧地區，西移至桃林附近集結。
早淵支隊以第13師團四個步兵大隊、兩個山炮大隊為基幹組成，由宜昌以南的紫金嶺出發，9月15日集結於嶽陽以東的冷水鋪附近；荒木支隊以第33師團三個步兵大隊、一個山炮大隊為基幹組成，由江西安義地區出發，9月上旬集結於桃林附近；平野支隊以獨立混成第14旅團一個步兵大隊、一個山炮中隊為基幹組成，9月中旬由江西瑞昌移至嶽陽城陵磯附近集結；江藤支隊以獨立混成第14旅團一個步兵大隊為基幹組成，9月中旬由江西瑞昌移至臨湘附近集結。
戰車第13聯隊配屬兩個輕裝甲車中隊，9月中旬由武漢向嶽陽集結；野炮重炮兵第14聯隊，9月中旬由武漢向嶽陽附近集結；第11軍工兵隊以三個獨立工兵聯隊、八個架橋材料中隊為基幹組成，9月中旬由武漢向嶽陽、臨湘地區集結。
9月15日，第11軍在嶽陽設立司令部戰鬥指揮所，並召集各部隊參謀長會議，檢查戰前準備情況，並確定：
作戰目的：摧毀中**隊的抗戰企圖，給第九戰區軍隊以重大打擊。
作戰方針：擊敗新牆河、汨羅江之間的中**隊後，接著從長樂街附近進入汨羅江下遊一線發動攻勢，攻擊河左岸的中國第4軍及第99軍。在新市至栗橋（新市南約25公裏）公路一線突破敵陣地，以軍主力將敵包圍在公路以西湘江一帶殲滅之；另一部（第6、第40師團）擊敗蒲塘（平江西南約10公裏）方麵山地內之敵。攻擊汨羅江左岸地區中**隊的時間，定為9月18日開始進攻。預定在9月23日，9月底前達到作戰目的。
第11軍集結後期，以一部兵力協同海軍向洞庭湖西岸的常德佯攻。為牽製中國第九戰區軍隊，令警備在南潯沿線（南昌方麵）的兵團適時發動攻擊。
第11軍用於長沙方麵進攻作戰的地麵部隊，總兵力為45個步兵大隊、26個炮兵大隊，另有若幹海軍及航空兵協同部隊，共約12萬人。
1941年3月17日，第九戰區製定了反擊作戰計劃。
作戰方針：贛北、鄂南方麵，對非主攻方麵之敵，力求將其夾擊於崇仁、新淦以北，宜春、萬載、銅鼓、修水以東及修水、長壽街、梅仙以北地區，予以各個擊破；湘北方麵，“敵如以主力由楊林街、長樂街、福臨鋪道及粵漢鐵路兩側地區向長沙進犯時，則誘敵於汨羅江以南、撈刀河兩岸地區，反擊而殲滅之”。
指導要領：主要應用“誘敵深入、反擊殲敵”的戰法。
這次會戰前，第九戰區所轄正規部隊為三個集團軍11個軍30個師，另有若幹遊擊部隊。
作戰部署：
第27集團軍總司令部位於平江。其所屬第4軍擔任磊石山、鹿角至公田間新牆河南岸守備，並以一部占領新牆河以北筻口、大雲山前進陣地；第58軍擔任黃岸市、九嶺、北港、賽公橋一線守備；第20軍擔任通城、鐵柱港、鬥米山、楊芳林各線守備。
第30集團軍總司令部位於修水。其所屬第78軍擔任觀音閣、潭埠之線守備；第72軍以一部守備東坑嶺、留咀橋之線，主力集結於三都南北地區。
第19集團軍總司令部位於上高。其所屬新編第3軍擔任靖安、奉新一線守備；第74軍集結於新餘、分宜地區整訓；預備第5師擔任市汊街、溫圳一線守備；江西保安縱隊擔任錦江南岸守備。
第99軍（戰區直轄）擔任漢壽、沅江、青山一帶洞庭湖防及湘陰、營田、歸義間湘江、汨羅江守備；第37軍（戰區直轄）集結於長樂街、甕江、福臨鋪間地區整訓。
第26軍（軍委會直轄）集結於金井、瀏陽、永安市一線整訓；第10軍（軍委會直轄）集結於衡山、株洲地區整訓。
湘鄂贛邊區挺進軍（轄七個縱隊），主力部署於鹹寧、瑞昌間地區擔任遊擊。
第九戰區司令長官部位於長沙。
9月上旬，日軍第6師團為掩護主力集結，解除渡河地帶的側後威脅，向第4軍新牆河北岸前進據點進行掃蕩作戰，9月18日發起全麵進攻。
戰役打響後，軍委會除將第26軍、第10軍撥歸第九戰區指揮外，又從第六戰區調第79軍、從第七戰區調暫編第2軍向第九戰區增援。
第九戰區參戰部隊有11個軍30個師及若幹遊擊部隊，共約36萬人。