日本從來沒有低估薛嶽，按照島貫武治的作戰計劃：
第13師團，第3師團，在左路湘東地區直接發起進攻，由平江到浏陽。第116、68師團，從中路強渡新牆河，直下汨羅江和撈刀河。第34師團，從右路在海軍的協助下，渡過洞庭湖，向汨羅江突進。西路最外翼的第40師團，牽制第六戰區的部隊，保護部隊右翼，配合第116師團和其他兩個獨立旅，沿着湘江西岸前進。
值得一說的是，這些部隊不是同時行動，而是逐漸層層推進，從東到西，各部的日軍進攻時間，依次靠後，形成一個斜線形攻擊姿态。
島貫的意圖非常的明顯，就是把東路的中國軍隊，往日軍中路上趕進行圍殲，在中路第1線部隊的後面，藏着作為二線部隊的第34師團主力和第58師團。
島貫的戰術是：一線的第68師團和第116師團，負責縱深突破：新牆河、汨羅江，撈刀河，長沙東南的株洲，一部分兵力向北迂回包抄長沙，主力繼續馬不停蹄的南下衡陽。當一線的兩支部隊越過長沙後，立即投入第2線的第30師團主力和第58師團，第34團負責占領湘江西安的嶽麓山，第58師團負責主攻長沙城。
就這樣，日軍從東西長達120公裡的正面，分多路壓上，1号作戰第二階段湘桂會戰開始了。
很快，第13師團負責的平江至浏陽一線，攻擊迅猛而順利，第3師團緊跟其後。
新牆河的正面，面對中路第116師團主力和第68師團的攻擊，楊幹才的第20軍很快就放棄了陣地，薛嶽天爐戰法的第一環節被打破。
一直到6月中旬，日軍中路第116師團主力，第68師團，突破汨羅江防線直下撈刀河，後面的第58師團和第34師團，随之跟進。
直到這個時候，薛嶽才發現，中路得日軍，除了一線的兩個師團之外，後面還有兩個師團，日軍的作戰方式完全不同于第3次長沙會戰，加上左右兩翼，日軍至少出動了七個師團。
大家試想一下，從5月27日日軍開始進攻，一直到6月中旬，中間有半個月的時間，雙方也一直在進行大戰，作為司令長官的薛嶽，到這個時候才發現真正的敵情，這到底是為什麼？
薛嶽有意讓駐守衡山的方先覺第十軍，沈發藻的暫編第2軍悉數北上，在長沙和浏陽之間與日軍進行決戰，但是遭到白崇禧的強烈反對。作為副總參謀總長，白崇禧已經奉命到桂林統一指揮，第4,6,7,9戰區的戰事。
軍委會也認為調兵北上不符合實情，于是下令，讓暫編第二軍推進到株洲，讓第10軍繼續控制衡山，做好守衛衡陽的準備。
白崇禧和軍委會的判斷沒有錯，衡陽是一個最好的決戰地點，除了第九戰區原有兵力之外，西面的第六戰區，東面的第三戰區，南面的第四戰區和第七戰區，以及軍委會直屬的兵力，都非常容易向衡陽彙集。
第九戰區參謀長趙子立認為：新牆河，距離衡陽有500多公裡，可以逐次抵抗一個多月，這期間，各戰區的部隊可以從容地趕到決戰地點。衡陽，也非常适合防守，北面和東面都有河流，西面和南面，又沒有像長沙嶽麓山那樣，對城區構成絕對威脅的制高點。開打之後，隻要兵出橫山，切斷日軍的補給線，比在湘北打起來更容易。
日軍可不會管這些，直接按照預定計劃，繼續前進，長沙第4次成為危城。