后，自营长以下（除七名负重伤的士兵退出阵地外）全部阵亡。20日日军奈良支队5000余人开始向草鞋岭猛攻，关麟征所属五十二军第一九五师第一一三一团史思华营500多名官兵利用草鞋岭险要地形顽强抗击，激战两天全营伤亡过半依然坚守阵地，最后日军竟然残忍地施放燃烧弹火烧草鞋岭，全营官兵无一生还。在毫无空中支援和手中武器装备极端落后的情况下，十五集团军的战士们谱写了一首首不屈的中华战歌。9月22日关麟征指挥部队主动撤退至新墙河南岸防守，次日日军第六师团便随后在数十门大炮的火力掩护下强渡新墙河，关麟征命令第五十二军乘日军行至河中央时全力发起攻击，日军死伤无数，联队长山村治雄大佐亦被击毙。日军随后出动数十架战机，对中方阵地进行地毯式轰炸，造成国军大量死伤但守军并未退缩，待日军再次渡河时，枪声也再一次密集响起，使日军被迫退回，日军再次开始炮击，彻夜炮声隆隆，如此反复八次，日军均未渡过新墙河。日军下令施放毒气，根据当时战士回忆，国军只能用草和破布捂住脸，根本无法抵御毒气，导致国军大量死伤，关麟征被迫下令撤退，日军才得以渡过新墙河。26日关麟征又率第十五集团军在汨罗江南岸与日军猛烈交火，激战数日后主动放弃阵地，诱日军至长沙北面的福临铺、三姊桥一带设伏区。在设伏区内第十五集团军协同友军对日军第六师团上村支队进行全力围歼，日军伤亡惨重。30日日军渡过捞刀河在献钟附近会合，湘北之地形虽然无大山等天然掩体，但湖泊密布，使得日军重武器前进速度锐减且很难发挥大的作用，东进受阻且补给困难，日军已经陷于中国军队包围的不利境地，日军指挥官这时终于闻出了异样的味道，命令中止攻势，迅速北撤。这是个英明的决定，因为薛岳在长沙城旁的岳麓山上布置的六门大炮还等着他们来受死（在第二次长沙会战中，日军终于尝到了那些大炮的威力），关麟征率第十五集团军协同友军等部实施追击围堵。至14日，双方恢复战前态势。此役为国军抗战以来第一次完
