第九戰區防守汨羅江防線的部隊，是第99軍（兩個師）及第37軍。汨羅江南岸由左至右為：第99軍的第99師防守湘陰至營田以東之線，第92師防守歸義東西之線，第37軍的第95師防守新市、伍公市之線，第60師防守秀水塅、浯口、張家渡之線，第140師控製於金井地區，為軍預備隊。
12月27日，日軍第3師團的騎兵聯隊，於11時左右首先由歸義附近渡過汨羅江，突破守軍第92師陣地，進至栗橋以北，掩護其主力渡江。第6師團及第40師團，在擊破第37軍在汨羅江北的前進陣地及據點後，其先頭部隊於傍晚，先後在蘭市河與長樂附近強渡汨羅江，占領了灘頭陣地，但在第37軍堅強阻擊下，未能進展。
12月28日，日軍第3師團主力全部進至汨羅江南、沿粵漢鐵路兩側向南突進，18時前後進至八裏塅、金雞山、大娘橋等地。守軍第99師等退至牌樓一帶。第6師團及第40師團，遭到縱深陣地內依托既設工事和據點，頑強防守的第37軍的阻擊，進展緩慢。
由於日軍第3師團已經深入，左翼形勢嚴峻。
薛嶽命令第37軍預備隊第140師向鐵路方麵增援，歸第99軍指揮，阻擊日軍第3師團；令第37軍軍長陳沛率指揮所向前推進至米公源，就近直接指揮第95師和第60師的戰鬥；令位於陳家橋、三江口地區的第20軍和位於長湖、新寨地區的第58軍向長樂街、大荊街方向攻擊日軍側背，以牽製日軍第6師團及第40師團主力，阻其南渡汨羅江。
阿南惟畿企圖圍殲汨羅江南岸的第37軍，於28日晚，令第3師團向左迴旋，迂迴至第37軍後方的福臨鋪。該師團遂由大娘橋附近連夜兼程東進。
12月29日，日軍第3師團於淩晨進至新開市附近，向退至新開市的第99師發起攻擊。這時守軍第140師也已到達李家塅以西，薛嶽遂令第140師接替第99師防守新開市附近陣地，令第99師退守湘陰和營田。日軍第3師團及第40師團主力，當晚已全部進至汨羅江南，與守軍第37軍相持於童家塅、西山廟、秀水塅、清江口一線。
12月30日，日軍在航空兵及炮火掩護下全線發動猛攻。日軍第3師團除留一部兵力仍在鐵路附近繼續攻擊守軍各據點外，主力在攻占新開市後向東南急進，當晚進至福臨鋪。先頭進至麻林附近。
日軍第6師團及第40師團也在攻占長嶺、浯口等地後，於當晚分別進至福臨鋪和金井一帶。留於新牆河以南地區的第20軍之一部，於30日夜突襲駐在新牆東南長湖鎮的日軍輜重兵第40聯隊，給予殲滅性打擊，並將其聯隊長森川啟宇擊斃。
當薛嶽得知日軍第3師團已突進至第37軍後方的情況後，立即令第37軍向金井以東山區撤退，轉至外線待機實施反擊。至此，汨羅江以南地區戰鬥告一段落。
12月27日，日軍第3師團的騎兵聯隊，於11時左右首先由歸義附近渡過汨羅江，突破守軍第92師陣地，進至栗橋以北，掩護其主力渡江。第6師團及第40師團，在擊破第37軍在汨羅江北的前進陣地及據點後，其先頭部隊於傍晚，先後在蘭市河與長樂附近強渡汨羅江，占領了灘頭陣地，但在第37軍堅強阻擊下，未能進展。
12月28日，日軍第3師團主力全部進至汨羅江南、沿粵漢鐵路兩側向南突進，18時前後進至八裏塅、金雞山、大娘橋等地。守軍第99師等退至牌樓一帶。第6師團及第40師團，遭到縱深陣地內依托既設工事和據點，頑強防守的第37軍的阻擊，進展緩慢。
由於日軍第3師團已經深入，左翼形勢嚴峻。
薛嶽命令第37軍預備隊第140師向鐵路方麵增援，歸第99軍指揮，阻擊日軍第3師團；令第37軍軍長陳沛率指揮所向前推進至米公源，就近直接指揮第95師和第60師的戰鬥；令位於陳家橋、三江口地區的第20軍和位於長湖、新寨地區的第58軍向長樂街、大荊街方向攻擊日軍側背，以牽製日軍第6師團及第40師團主力，阻其南渡汨羅江。
阿南惟畿企圖圍殲汨羅江南岸的第37軍，於28日晚，令第3師團向左迴旋，迂迴至第37軍後方的福臨鋪。該師團遂由大娘橋附近連夜兼程東進。
12月29日，日軍第3師團於淩晨進至新開市附近，向退至新開市的第99師發起攻擊。這時守軍第140師也已到達李家塅以西，薛嶽遂令第140師接替第99師防守新開市附近陣地，令第99師退守湘陰和營田。日軍第3師團及第40師團主力，當晚已全部進至汨羅江南，與守軍第37軍相持於童家塅、西山廟、秀水塅、清江口一線。
12月30日，日軍在航空兵及炮火掩護下全線發動猛攻。日軍第3師團除留一部兵力仍在鐵路附近繼續攻擊守軍各據點外，主力在攻占新開市後向東南急進，當晚進至福臨鋪。先頭進至麻林附近。
日軍第6師團及第40師團也在攻占長嶺、浯口等地後，於當晚分別進至福臨鋪和金井一帶。留於新牆河以南地區的第20軍之一部，於30日夜突襲駐在新牆東南長湖鎮的日軍輜重兵第40聯隊，給予殲滅性打擊，並將其聯隊長森川啟宇擊斃。
當薛嶽得知日軍第3師團已突進至第37軍後方的情況後，立即令第37軍向金井以東山區撤退，轉至外線待機實施反擊。至此，汨羅江以南地區戰鬥告一段落。