1944年5月，日軍發動豫湘桂戰役，第四次進攻長沙。早在戰前，第九戰區第一線部隊和敵後挺進縱隊等部隊的情報就顯示，日軍部隊調動頻繁，将鄂南、湘北、贛北一帶的一些道路完全封鎖，不允許中國人通行。種種情況都顯示，日軍正在調集兵力，準備發動更大規模的進攻，調集參戰的兵力可能超過前三次長沙會戰。而且，日軍這次不僅是像前三次長沙會戰一樣，隻在洞庭湖以東有動作，在洞庭湖方面也有汽艇等渡河器材，說明這次日軍來者不善，企圖不小。
但這些情報彙總到第九戰區司令部，薛嶽卻無動于衷，絲毫不為所動。為什麼呢？薛嶽認為，第三次長沙會戰中日軍傷亡慘重，不敢再來打長沙了。第三差長沙會戰之後，日軍倉皇撤退，确實傷亡比較大，戰後國軍也進行了大量的宣傳。但國軍的宣傳一向來是誇大對方傷亡數字，隐瞞自己的傷亡數字。是以，國軍的宣傳一向來可信度很小。但謊言重複一百遍，在别人那裡還是謊言，到了薛嶽這裡，就變成了事實。他就真的相信，他的天爐戰法已經把日軍打疼了，不敢再來進攻長沙。
面對這個情況，當時的第九戰區參謀長趙子立提出了三種作戰方案，他認為上策是逐次抵抗之後，在衡陽附近決戰，而不應該故技重施，再在長沙決戰。白崇禧此時剛替代李濟深出任桂林行營主任，有指揮第九戰區之責，白崇禧也要求薛嶽将戰區部隊在逐次抵抗之後，向廣西境内的桂林、柳州一帶集中，在這一帶與日軍進行決戰。但薛嶽堅決表示他不去給廣西守大門，不肯服從白崇禧的指令，仍然固執的堅持要和第三次長沙會戰一樣，各部隊逐次抵抗之後就轉向外線，破襲日軍後勤補給線，再向長沙進行求心攻擊，在長沙決戰。
在第三次長沙會戰中表現英勇的第十軍此時駐守在衡陽、衡山一帶，在長沙駐守的是第四軍張德能部，原來的第四軍軍長歐震此時已經升任二十七集團軍副總司令。第十軍也有人事變動，原任軍長李玉堂在第三次長沙會戰後因功升任兵團司令，原任預備第十師師長方先覺升任第十軍軍長。在日軍開始進攻之後，趙子立就勸薛嶽不要準備與日軍在長沙進行決戰，是以不必死守長沙，應該将第十軍主力用在湘江以西的嶽麓山進行防禦，如果嶽麓山守不住，長沙也就守不住了。但薛嶽鐵了心要在長沙決戰，堅持讓第四軍把兩個師擺在湘江以東的長沙城區，嶽麓山隻留一個師。
天爐戰法的關鍵在于八個字，後退決戰，争取外線。前三次長沙會戰能夠成功，都是因為日軍兵力不足，是以進攻正面不足以覆寫國軍的防禦線，才讓國軍第一線部隊能夠在逐次抵抗之後從容轉進山區隐匿，坐等日軍突進之後，再從後方殺出，先破壞日軍後方交通線，斷絕日軍後勤補給，再向長沙方向銜尾追擊，在長沙的外圍将日軍包圍之後進行殲擊。這就是說，天爐戰法的要點是兩個方面，第一個方面是第一線部隊能夠成功轉入外線作戰，第二個方面則是長沙能夠守住。
但這次日軍志在打通大陸交通線，是以是以攻城略地為目标，而不是像前三次一樣，以打擊國軍主力兵團為目标。是以，日軍這次開始進攻以後，是分三路同時并舉，而且都是緩緩推進，穩紮穩打，逐漸将國軍東西兩線部隊向南壓迫，沒有給國軍第一線部隊留下轉入外線作戰的空間和機會。而且，日軍中路和東路已經擊潰了國軍第一線部隊，也不馬上深入，而是一邊修複道路，恢複交通，保障後勤補給線，一邊等待西線日軍先逐漸排除國軍的封鎖線和地雷。是以，東路的二十七集團軍、三十集團軍很快就完全被日軍壓迫向南轉移了，而沒有能夠向北轉入日軍側背進行外線攻擊，西線王耀武的二十四集團軍也被日軍西路阻止在益陽地區，無法向長沙靠攏。
日軍顯然吸取了第三次長沙會戰的失敗教訓，是以這次進攻長沙并沒有以城區為主攻方向，而是以攻占湘江西岸的嶽麓山為主攻方向。軍委會也發現日軍這次大舉進攻來者不善，是以要求薛嶽将第九戰區司令長官部向湘西轉移，掩護大西南的安全，但薛嶽又堅決拒絕去給重慶守大門，而是準備向東轉移，萬一不行了就去江西拉部隊打遊擊。戰區隻剩下趙子立留在長沙，住在嶽麓山。趙子立發現日軍穩紮穩打，萬一嶽麓山有失，長沙也守不住，就要求第四軍軍長張德能将部隊的主力轉到河西嶽麓山來進行防禦。張德能先是推脫，後來才說，這是薛長官的指令，他不敢抗命。
日軍開始進攻長沙之後，第一天戰況還比較穩定，但趙子立判斷日軍主攻方向在嶽麓山，是以建議張德能将主力撤到河西來，萬一長沙失守，還可以向西撤退，去和王耀武彙合。張德能這時候也發現情況完全和第三次長沙會戰不同了，他再和第三次長沙會戰中的第十軍一樣，在長沙城區和日軍死拼，也是孤軍死守，因為外線部隊已經完全被日軍擊潰，正在向南轉移，并沒有能力救援長沙。是以，張德能無奈之下，就同意了趙子立的意見，隻留一個團在城區防禦，其餘部隊都渡河向西轉移，準備到嶽麓山防禦。但張德能因為疲勞過甚，部隊渡河的時候他睡着了，負責指揮渡河的副軍長沒有掌握好部隊，日軍發現了國軍的企圖，又以飛機和大炮猛攻，第四軍馬上全線崩潰，一哄而散，趙子立和張德能隻能趕緊逃走。
也就是說，長沙失守和第四軍突然潰散，主要責任并不在趙子立和張德能，而是在薛嶽的錯誤指揮和部署上。如果說張德能有什麼責任的話，主要就是反應比較遲緩，錯過了調整部隊部署的時機，在日軍已經開始攻擊之後才開始調整部署，已經來不及了，之後又在戰鬥進行中渡河，被日軍攻擊，沒有能夠掌握好部隊，導緻部隊潰散。但他們兩人到了耒陽後，薛嶽又讓他們到重慶去接受軍委會軍法執行總監部去接受審判，趙子立因為事先曾通過王瓒緒和白崇禧表達過他的意見，是以活動一番之後并未被判刑，而張德能就成了倒黴蛋，本來軍法執行總監部拟定的判決是終生監禁，但到了蔣簽批的時候，直接改成了槍斃。
薛嶽出身粵軍，而第四軍是粵軍的老部隊，又在北伐中打出了鐵軍的名聲，是以薛嶽在第九戰區作戰時一向非常注意對第四軍的掌握和控制，一直是由戰區直轄指揮的，而不編入其它的集團軍指揮序列。第三次長沙會戰中，第十軍在長沙的成功防禦讓第十軍聲名大振，但在常德會戰中又被日軍擊潰，傷亡慘重，退到了衡陽一帶整頓補充，是以薛嶽就将他心目中戰區戰鬥力最強的第四軍安排守長沙，也好讓第四軍再好好的露一次臉，結果沒想到他的錯誤判斷和指揮不僅沒能讓第四軍露臉立功，反而搭上了張德能的小命。當然，他的死本身也是蔣發洩他對薛嶽不聽指揮的不滿。
此戰過後，薛嶽地前三次長沙會戰和萬家嶺大捷攢起來的威信大受打擊，原來由他指揮的三十集團軍王陵基部基本上脫離了第九戰區的指揮，不再服從他的指令，其他部隊也都對薛嶽的指揮不再相信了。
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