“七七事變”以後，日軍在中華大地上長驅直入，短短半年之内，中國的東部地區就相繼淪陷，國民政府攜帶着大量的人口和産業西撤。
1938年，中日雙方總計投入130餘萬軍隊，圍繞着武漢進行了殊死較量，雖然這場長達4個多月的戰鬥并沒有保住武漢，但是極大地消耗了日軍的有生力量，也為大批工廠的西撤争取了足夠的時間。
武漢會戰結束後，抗日戰争進入到了相持階段，國民黨中央撤到了川渝地區，而日本方面，由于征召訓練國内的适齡青年還需要時間，加上國共雙方派駐到敵後的大批遊擊隊讓日軍顧此失彼，是以拉伸到極緻的日軍不得不停留了下來，暫緩攻勢。
此時，日軍想要進攻大西南，有三條路線可以選擇：
最直接的就是沿着長江向上遊進攻，但是長江從武漢往上就是三峽，地形陡峭，水流速度也很快，并且國民黨已經在長江沿線修建了大量的防禦工事，想要沿着這一路攻上去隻能借助海軍的船隻，雖然長江的通航條件非常好，但是沒有陸軍的配合，單憑軍艦根本無法打進重慶。
另一條路就是打通關中，經過漢中盆地，沿着古蜀道翻越秦嶺進入四川盆地，但是這一路崇山峻嶺不說，八路軍在占領區已經在開展遊擊戰，華北日軍後方不穩，加上胡宗南在陝西也有二十萬大軍，況且路途遙遠，國軍可以節節抵抗，日軍的兵力并不足以支撐這麼大的動作。
最後一條路就是繞道長沙，湖南北部的地勢相對平坦，陸軍大部隊的通行條件相對較好，而且可以切斷川渝地區與兩廣之間的聯系，如果攻勢成功，一方面可以包抄重慶，另一方面可以切斷雲南方向中國與外國的聯系。
由此看來，對當時侵華日軍來說，想要打敗安置在重慶的國民政府，就得從長沙這一路想辦法了。
很快，日軍就開始了行動，占領武漢之後，日軍大學營從全國抽調了7個師團組成了第十一軍，其中包含第3、第6、第9、第13、第16這五個甲種師團。并且在漫長的戰争中，第十一軍成為了侵華日軍手中唯一的機動作戰力量，士兵訓練有素，裝備精良，是一支勁旅。
當然，國民政府也不會坐以待斃，坐鎮長沙的正是國軍名将薛嶽，第九戰區的司令官雖然是陳誠，但是具體的作戰卻是由薛嶽代理。
擺在薛嶽面前的局面并不好看。日軍已經集結了十餘萬準備進攻長沙，第九戰區雖然下轄接近四十萬人，但是自開戰以來國軍就是連戰連敗，士氣低迷，并且部隊中很大一部分是剛補充進去的新兵，訓練不足，裝備也比較落後。
不過整體态勢上還是對國軍有利，日軍自占領武漢之後，作戰環境發生了變化，與國軍在南方地區交戰都存在地形上的劣勢，國軍作為防守方，早早地占據了有利地形，據險而守，誓死抵抗。
薛嶽親臨前線，考察了前線地區的地形，并親自制定了一套防守作戰方案，稱其為“天爐戰法”。
所謂的天爐戰法，是一種典型的防守反擊戰術，将兵力呈網點狀地分散駐守在各處戰略要點，當日軍進攻的時候，利用各個節點的部隊，層層阻擊，當防守的部隊支撐不住的時候，允許部隊從日軍進攻方向的兩側撤到後方修整，最大限度地削弱進攻日軍的兵力和士氣，同時最大限度地儲存自己的實力。
吊住日軍，既要讓日軍覺得自己隻要再打下去國軍就會崩潰，保持着進攻的勢頭，又不能讓國軍的損失過于慘重。最後，等到日軍快要精疲力盡的時候，再将他們引到決戰地帶，集結優勢兵力進行圍殲。
第九戰區是可以滿足這樣的作戰要求的，而從嶽陽一路往南，150多公裡的鐵路沿線，一共有4條河流可以作為防禦的依托，有效阻擊日軍。
此時的日本内部，關于“南進”還是“北進”的戰略分歧終于有了分曉，1939年5月，日軍在諾門坎地區主動對蘇聯挑起戰端，蘇聯派出朱可夫組織反擊，僅僅兩個多月之後，日軍就在蘇軍的優勢兵力和優勢火力下損失慘重，不得不向蘇聯請求和談，而蘇聯也因為瓜分波蘭而無暇顧及遠東事宜，于是雙方草草停戰。
諾門坎戰敗之後，日本的“北進”戰略徹底破産，便專心于侵華戰争，加快對中國的侵略程序，作為第11軍司令官的岡村甯次開始籌備對長沙的攻勢。
1939年八月份，薛嶽發現日軍出現了不同尋常的舉動：鐵路運輸的頻次增加，車站附近進行軍事管制，禁止中國人靠近，無線電頻道的戰場通訊信号多了起來，武漢附近的淪陷區開始大規模地征召中國民夫。按照以往的經驗，日軍的這些動向一般都是戰役前的準備工作，薛嶽明白，日軍即将主動發起一場大規模作戰，而縱觀中國上下，目标隻能是自己。
9月中旬，岡村甯次指揮着10多萬日軍，使用“分進合擊”、“長驅直入”的戰法，從鄂南、贛北、湘北三個方向展開了進攻。
薛嶽早就做好了相應的防禦部署，他将國軍的5個集團軍布置成五道防線，第15集團軍在新牆河兩岸構築陣地，防禦嶽陽方向；第27集團軍部署在平江以北，在九嶺、南江橋一帶構築陣地，防禦通城方向；第30集團軍在渣津、修水一帶，防禦贛北武甯方向上的日軍。這三個集團軍總計超過15萬人，分三路抵擋日軍的主要進攻。此外，還有部署在奉新以西的第一集團軍，沿着溪李——蓮花上——羅坊——會埠一線自東向西展開，防守進出九嶺山的必經之路，第19集團軍部署在南昌的外圍，駐守在清江地區。
最後，薛嶽還将總計15個師的國軍作為戰區的總預備隊，部署在距離前線不遠的地區，準備随時支援作戰。
9月14日晚上，贛北的日軍正式向國軍發動進攻，第一次長沙戰役正式打響。
中日雙方總計投入約40萬的部隊，分為三個戰團，在鄂南、湘北、贛北展開了激烈的戰鬥，正如薛嶽所設想的那樣，國軍并沒有拘泥于拼死防守，而是根據日軍的進攻形勢，占據着有利地形，最大限度地殺傷日軍，同時派出部隊騷擾、威脅、側擊日軍的後方和側方。
果然，在戰役進行了半個月之後，前線的日軍戰損驚人，後勤補給也因為國軍的騷擾而出現了問題，岡村甯次隻好在9月底下令部隊撤退，撤出了已經占領的地區。
日軍撤退的時候，國軍也展開了追擊，但是日軍尚未陷入崩潰，是以追擊的戰果也不是很大，到10月15日，日軍完成後撤，交戰雙方恢複到了戰前的态勢。
第一次長沙會戰以國軍的防守勝利告終，經過一個月的作戰，日軍傷亡達2萬餘人，而國軍的傷亡是3萬多，戰損比接近1:1.5，相較于淞滬會戰時期的1:6.這個戰績足以振奮人心。
這次會戰中，最激烈的是湘北的作戰。
第15集團軍下轄兩個軍，第52軍駐紮在新牆河沿線，第37軍駐防在汨羅江一線，而負責正面進攻的，正是參與南京大屠殺，在中國的土地上犯下滔天罪行的第6師團。
9月18日，日軍第6師團和奈良支隊總計三萬餘人對新牆河防線展開了進攻，守衛的52軍奮起反擊，雙方僵持不下。到了23日，在飛機大炮的掩護下，日軍甚至使用了化學武器，強渡新牆河。也是在同一天，負責迂回的上村支隊分别在洞庭湖南岸和汨羅江口登陸，國軍猝不及防，側後方的陣地被這支孤軍突破。
25日，52軍南撤到汨羅江南岸組織防禦，日軍第6師團、奈良支隊跟進，逼近汨羅江北岸，一部分日軍化裝成難民，渡過汨羅江之後占領了新市。上村支隊一直在直線作戰，與第70軍圍繞歸義展開了激烈的戰鬥，歸義一度失守，不過又被國軍奪了回來。
大隊日軍對汨羅江的防守陣地展開了進攻，激戰數天，但是依然沒有突破中國軍隊的陣地。與此同時，第33師團被堵在了南部的山區，寸步不進，岡村甯次派出這些部隊本來是打算圍殲第15集團軍，但是現在主力突破無望，負責包抄後路的第33師團也陷入了國軍的圍堵之中，便放棄了這個打算。
此時，薛嶽已經知道決戰的時機就要來了，下令第九戰區司令部重新調整了湘北的軍事部署，除了負責正面防守、正在作戰的部隊以外，用6個師在長沙以東的地區布置了一個口袋陣，兩個軍在戰線以南布防，以防備日軍突然南下，抽調更多的部隊加緊對第33師團的進攻。
到28日，日軍已經徹底放棄了在湘北正面突破的想法，奈良支隊開始向平江進行迂回，第6師團和上村支隊沿着汨羅江畔開始南進，準備接應被圍困的33師團。
國軍迅速做出反應，這些接應的部隊進行伏擊，上村支隊就在栗橋一帶陷入了第77師的伏擊圈，而第6師團和奈良支隊都有不同程度的損失。
第一次長沙會戰，薛嶽還是在指揮上出現了失誤。岡村甯次本身沒有攻占長沙的計劃，第11集團軍這次作戰時為了殲滅第九戰區的有生力量，在發現部隊受阻，殲敵計劃已經破産的時候，岡村甯次就下達了撤退指令，之後日軍的調動，不再是進攻國軍的陣線，而是接應被圍困的日軍部隊。
目前線的日軍出現了撤退的迹象後，薛嶽遲遲沒有作出反應，他預計的決戰地點是長沙城下，并專門為日軍準備了一個口袋陣，但是這些都沒有起到作用。
10月1日，岡村甯次下令撤軍，第15集團軍的代總司令關麟征發現了日軍撤退的迹象，他立即向薛嶽報告，但薛嶽對這個極為關鍵的情報卻将信将疑，直到三天之後，随着汨羅江沿線丢失的陣地逐漸被收複，他才斷定日軍是真的在撤退。
但這時，再組織追擊已經為時已晚，雖然他下令國軍“以現在态勢立向當面之敵猛烈追擊，務于崇陽、嶽陽以南地區捕捉之”、“對敵之收容部隊，可派一部監視、掃蕩之，主力力行超越追擊”，日軍趁着薛嶽沒有反應過來，早就撤到了汨羅江以北，等到15日的時候，雙方又恢複到戰役之前的态勢。
第一次長沙會戰可以視為薛嶽“天爐戰法”的一次小試牛刀，這個戰法真正大放異彩，是在第二次和第三次長沙會戰。
1941年，日軍有籌備起對從長沙的攻勢，這次薛嶽也迎來了自己的新對手，岡村甯次升職，第11集團軍的司令官一職由阿南惟幾接任。國際形勢的新變化使得日本決定盡快解決中國問題。
9月7日，日軍從湘北對國軍的陣地展開了進攻，并在9月28日突破國軍的防線進入長沙，與防守的國軍展開巷戰。
也就是這個時候，日軍的攻勢到達了頂點，由于戰線拉的太長，消耗非常大，而後方的國軍還在不斷對日軍的進攻部隊進行騷擾，而其他戰區也開始了對日軍的進攻，特别是第六戰區，向宜昌進攻，殲滅日軍7000餘人，迫使進攻長沙的日軍回援。
這次會戰薛嶽及時發現了日軍在後撤，下令沿線的日軍進行阻擊，對日軍造成了大量的殺傷，取得了輝煌的戰果。到10月9日，雙方恢複了戰前的态勢，第二次長沙會戰結束。
這次會戰使得日本陷入前所未有的窘迫之中，近衛文磨内閣并是以而垮台。日本的國際威望也一落千丈，英國《泰晤士報》借機諷刺日本“抄襲華軍的鉗形戰術，結果為華軍的鉗形戰術所擊破”。
第三次長沙會戰發生在第二次長沙會戰結束後不久，珍珠港事變爆發之後，日本正式向英國和美國宣戰，進攻兩廣地區，特别是香港，雖然日軍已經攻占了廣州，但是國民政府一直依靠英國控制下的香港，獲得國外的支援，因為在與英國開戰之後，日軍立馬就對香港進行了占領，并大肆攻占東南沿海地區，準備徹底封鎖中國的物資流入。
為了牽制第九戰區的軍隊，日本大學營要求阿南惟幾迅速展開對長沙的新一輪攻勢，此時第11集團軍還沒有從上次會戰中恢複過來，僅僅能出動6萬餘人的部隊，而第九戰區一共有30萬軍隊。
和前兩次一樣，日軍前期進展順利，阿南惟幾也對國軍産生了輕視的想法，決定進攻長沙，但是薛嶽早就在這裡做好了布置，長沙久攻不下，日軍精疲力竭之後，遭到了國軍的合圍。
彈盡糧絕的日軍頓時陷入了絕望之中，最終，在連續不斷飛機的支援下，日軍找到了國軍合圍不嚴密的地方，隻有阿南惟幾帶着一部分日軍突出了重圍，其他的都被國軍殲滅。
三次長沙會戰，薛嶽率領第九戰區對日軍造成超過十萬的傷亡，極大地振奮了中國的抗日信心，蔣介石親自下令嘉獎，授予他青天白日勳章。
但是天爐戰法也不是沒有缺點。
天爐戰法說到底隻是一種被動的防禦作戰，想要取得很好的戰績，不僅要提前做好布置，還要保持絕對的優勢兵力，最為關鍵的是，防守方的指揮官需要準确地預判到敵軍攻勢的頂點，并在進攻頂點進行堅決阻擊，同時側翼的部隊迅速包抄過來，對敵人發動決戰。
這種戰法算不上有多高明，三次長沙會戰能夠重創日軍，最大原因還是日軍用于進攻的兵力太少，第十一軍隻有十多萬人，而第九戰區則有四十多萬，地利和人和都不再日軍那邊，是以遭受重創也不奇怪。而等到第四次長沙會戰，日軍集結二十多萬人進攻，薛嶽同樣使用天爐戰法，卻遭受慘敗，長沙也被日軍攻占。