侵略戰爭使得日本本土政壇更加瘋狂，近衛內閣不堪戰爭“重用”而垮了臺，“戰爭狂人”東條英機激流勇上，出任新首相，隨后就決定對美國、英國和荷蘭開戰。自日軍偷襲美軍在太平洋的軍事基地——珍珠港，發動了太平洋戰爭。為了牽制中國軍隊并策應日軍占領香港和南洋各地，侵占華中的第11軍司令官阿南惟畿決定再次進攻長沙，打通粵漢線，策應日軍在南部的行動。
僅隔兩個多月的時間，阿南惟畿又要進犯長沙了。行動之急迫，除了上面的大戰略外，他還得到情報說：“中國軍隊守長沙的主力第10軍和第74軍已調往他處。”見長沙守軍勢力薄弱，有機可乘，因此企圖一舉攻占長沙，再向南進，他立即集結第3、6、34、40師團全部及獨立第14、第18旅團和炮兵，工兵、空軍等，合計約12萬人，準備于1942年元旦占領長沙。
阿南惟畿的這個計劃很詭秘，一般人很難知道。但在11月份第九戰區就發現了日軍的破綻。11月下旬，吳逸志就接到在日軍后方的情報人員密報：“贛北日軍又有減少，且又縮小陣地，連西山車站地區都放棄了，贛江以西、修水以南僅守生米街、牛行、西山、安義、靖安、灘溪等據點。”最初，薛岳對這情報很懷疑，他有些疑惑的說道：“第二次長沙會戰后才兩個月，難道日軍又要進攻嗎？不太可能吧。”但吳逸志報告說：“前方部隊報告：湘北日軍增加。”此時的薛岳變得更加的疑惑了，他開口問道：“那為什么湘北日軍還增加呢？”吳逸志回答道：“阿南惟畿的兵力愈少，愈要以攻為守，因此很可能調兵對我們進行掃蕩，以消除我們而后進攻的威脅。”這回薛岳總算是明白了過來，他贊同的說道：“這很有可能。”于是，薛岳決定通令各部隊，迅速完成作戰準備。
等薛岳下完命令后，吳逸志又問道：“那么這次的作戰方式呢，是不是還用老辦法？”薛岳看了吳逸志一眼，然后自信的說道：“對于這次作戰，我們的方針仍是誘敵深入后進行決戰。敵進攻時，以一部兵力由第一線開始逐次抵抗，隨時保持我軍于外線，俟敵進入我預定決戰地區時，以全力開始總反攻，包圍敵軍而殲滅之。”薛岳雖沒明說，但吳逸志一聽就知，還是老套路——“天爐戰法”。兩人又決定在長沙外圍與敵決戰時重點保持于長沙以東地區。迎敵的對策定下來了。
此后不久，阿南惟畿悍然對長沙發動了第三次進攻。日軍一如既往開始進攻由新墻河口到南江橋的正面，重點是左翼的第20軍、第58軍在新墻河南岸及南江橋陣地。雙方激戰兩天一夜，日軍攻打不下守軍的陣地，拼命打燃燒彈，先后摧毀了守軍據點四周的鹿砦障礙，官兵被燃燒彈燒傷，過半人員負了傷。第三日下午，日軍終于突破了新墻河防線，主力向南突進。
在一度拒阻日軍后，第20軍在軍長楊漢域和副軍長夏炯的率領下一面逐次抵抗，一面向梅仙、平江以東地區轉移；第58軍一面逐次抵抗，一面向長樂街——浯口——平江——三眼橋的汨羅江南岸一線轉移。這時第10軍駐在衡陽迤東地區，在茶山坳附近整訓。薛岳令該軍防守長沙，以一個師守岳麓山陣地，兩個師守長沙近郊，并且嚴令：“情況緊急，不得有誤。”
第10軍軍長李玉堂雖被撤職，但新軍長一直沒來接任，因此仍留在軍部，實際上擔任全軍指揮。薛岳下令后，可李玉堂名不正言不順，想挑擔子又顧慮重重，正在左右為難時，蔣介石從重慶急電第10軍，令李玉堂繼續指揮，率第10軍固守長沙，戴罪立功。李玉堂倒是一鐵血漢子，臨危受命，決心以待罪之身洗刷上次的恥辱。隨即，下令全軍緊急拔營向長沙進發。進駐長沙后，預備第10師守岳麓山陣地，第3師和第190師守長沙近郊。李玉堂決心重新做人，要打出威風來了，誰知薛岳卻還是老眼光看人，生怕他像上次那樣砸了自己的鍋，先下令在長沙的炮兵和工兵均歸李玉堂指揮——進行鼓勵；接著，派長官部趙子立前去第10軍督促他速將長沙工事再行加強——進行監工。李玉堂明知薛岳不放心，但是“戴罪”的敗將，只能一戰翻身，如果這一次再丟了長沙，不僅官職沒了，而且極可能被蔣介石數罪并罰，成為“以身試法”的人，因此啥都不敢怠慢，對薛岳的一切指令無一不去精心落實。手下師長、團長也都知道這一仗如果敗了，李玉堂軍長職務肯定沒了，誰要是像以前那樣馬馬虎虎，或者不肯賣力，他肯定會定斬不饒，因此，全軍上下都憋著一口氣，悶頭準備戰事。
長沙城的工事自1939年以來就開始構筑，雖然筑了好幾年，但守軍偷工減料，當官的只知貪污，從來就不重視，也不認真，因此筑了一些，并不堅固，大多是豆腐渣工程。第一、第二次長沙會戰時，日軍都沒攻長沙城，這一次薛岳的“天爐戰法”要誘致日軍進攻長沙城，然后圍而攻之，因此堅固工事是守住長沙城的關鍵之一。李玉堂不敢發牢騷，更不敢松懈，立即督令軍民一起動手，緊急修筑御敵工事。新墻河戰斗打響后，長沙的工事修筑更是緊張起來了，軍民不分晝夜地施工。李玉堂也整天吃住在工地上，餓了就啃饅頭，喝點水，積極督修工事，準備應戰。
在日軍到達城下之前，偌大的工事終于筑起來了。守城工事采取地堡式，西面依托湘江，對北、對東、對南成一個半圓形，工事外圍由麻園嶺——朱家花園——杜家山——二里牌——黃土嶺——妙高峰——猴子石之線，一層一層地向里構筑，愈向城里強度愈增加，以中山路西段——黃興路——八角亭——南正街——坡子街以南一線上的核心工事為最密最強。長沙城內，由北向南、由東向西、由南向北的街道口都裝上了鐵絲網和拒馬，各街道小巷都設有地堡，各稍微大一點的建筑物內都有火力點。湘江水路是進城的一個突破口，李玉堂不僅把長沙以北的水路全封鎖了，連長沙以南的水路也布置水雷進行封鎖了。整個長沙城成了一個處處設防，到處是地堡、鐵絲網、拒馬和機槍口的城市，四處藏著殺機，像一只要噬人的猛虎張開了血盆大口，就等日軍的到來了。
這時，第37軍、第58軍守備著汨羅江南岸，第20軍在平江及平江東北，整個防御陣地對北略成反八字形，把南下日軍一步步往薛岳的“天爐”里迎。日軍攻擊的正面在汨羅至平江之間，攻擊重點保持在長樂街方面。日軍憑借武器優勢大舉進攻，第20軍節節抵抗，向東退卻，然后讓開了平江，躲進了大山；第58軍、第37軍一面逐次抵抗，一面以主力向高橋、路口畬以東轉移，同時一部潛伏在汨羅江、撈刀河之間的偏僻地區。為了讓從四面八方向長沙前進的各路大軍能適時地統一參加決戰，薛岳責令長官部對他們的行動予以統制，規定近者不得先到，遠者不得遲到。在薛岳的嚴令和指揮下，所屬部隊從長沙兩翼向敵側方迂回，進展很快。
日軍如狼奔豕突，由湘江至原長沙、平江公路洶涌南下，跑在最前面的是一個騎兵旅，后跟著3個師團，按照第二次進攻長沙老路向前疾進。這一日，日軍主力也打到了長沙附近。日軍第3師團進至東屯渡，沿鐵路線渡過撈刀河，向長沙市區逼近；第6師團則一馬當先進入了槊梨市，抵達長沙東門外；第40師團抵至金井，企圖渡過瀏陽河，由長沙南門外進攻市區。
這次日軍從新墻河到長沙城下，經過了約一個星期的戰斗。但在激戰中，他們的傷亡和疲勞都比中國軍隊大得多。而中國軍隊呢，雖然也在新墻河、汨羅江打了幾場激戰，但薛岳都沒用上主力，因此，主力仍保持著較強的實力，各路大軍正向著薛岳“天爐戰法”的決戰預定地區急進。
薛岳的“天爐戰法”以長沙城為誘餌，誘使日軍攻打長沙城而使得各路大軍圍而殲之。其中，既要保住長沙城不被日軍打進去蹂躪、破壞，又要在城下圍住它，負責守住長沙城的第10軍責任比誰都大。長沙誘敵和守城的重任落在第10軍身上。第九戰區最高長官薛岳也決心與他們一起戰斗到底。引誘日軍攻打長沙從而達到圍而殲之的目的，其實是薛岳的一著險棋。如果第10軍沒守住，丟失了長沙城，薛岳本人也難辭其咎。但他藝高膽大，盡管風險巨大，還是下這個賭注。