10月1日，薛岳被正式任命为第9战区的司令长官，关麟征也被正式任命为第15集团军的总司令。这一天，战事平静。
冈村宁次撤军的决定太出人意料，以至于薛岳在接到日军撤退的报告后，竟不敢相信这是事实。他还等着在长沙郊区与对手一决高下呢。
10月1日，进至永安市的日军首先向捞刀河以北撤退。继而，桥头驿、上杉市等地日军相继后撤。
身在前线的关麟征发现了日军撤退的迹象。他当即下令各部跟踪尾击由上杉市撤退之敌，以汨罗江南岸为目标截击歼灭之。具体部署是：第73军以一部向平江方向挺进；第52军第25、第195师各以一部围歼上杉市残敌，分派支队向金井、福临铺、青山市等处跟踪追击至汨罗江南岸，力争将撤退之敌截击歼灭；第59师以一部向栗桥、三姐桥尾追残敌于汨罗江、营田一带歼灭之。
10月2日，第15集团军各部开始追击，当日克复上杉市。
3日，第25、第195师追击到达福临铺、金井附近。日军开始向汨罗江北岸退却。
4日，第15集团军收复长乐街、汨罗、新市等处。
直到此时，薛岳才断定日军确实是在撤退，于是赶紧下令，要求各部队“以现在态势立向当面之敌猛烈追击，务于崇阳、岳阳以南地区捕捉之”，“对敌之收容部队，可派一部监视、扫荡之，主力力行超越追击”。
但为时已晚，日军大部已渡过汨罗江。
10月5日，国民党军队继续向北追击。日军上村支队由营田登艇北逸，第37军收复营田。
10月7日，冈村宁次前线指挥所从咸宁撤走。
10月9日，第195师进占鹿角、新墙、杨林街之线，日军陆续退回新墙河以北地区。日军退走后，第9战区军队逐步恢复原有的阵地，两军形成对峙。
至10月14日，赣北、鄂南、湘北各战场均恢复到战前态势，第一次长沙会战结束。
伴随着第一次长沙会战的结束，国民党方面有关“湘北大捷”的宣传报道，迅速传遍了全国各地。随后，全国各大报刊的主要位置，几乎全部被会战胜利的消息所占据。
实际上，自9月下旬起，长沙会战的消息就不断地传到重庆，再经过国民党方面电台和报纸的宣传，已经引起了国人的注意。
还在10月初，日军刚刚撤退时，薛岳就急不可待地向蒋介石报捷：
“……日军分三路进攻长沙，我诱敌深入，于长沙附近予以痛击，敌伤亡惨重，向北溃逃……”
白崇禧、陈诚也都向蒋介石发去了捷报。
不久，以蒋介石为首的党政军各界要人又纷纷给第9战区发去贺电。
蒋介石电文：“……此次湘北战役，歼敌过半，捷报传来，举国振奋，具是指挥有方，将士用命，无任嘉勉，所有此役有功人员，希切实查明评报，其死伤官兵，并应查报，以凭奖恤，自兹胜利初基业已奠立，我将士之责任愈重，务望勉励所部，格外戒慎，倍加努力，勿骄矜，勿懈怠，光大战绩，用集大勉，至深企盼。”
国民政府电文：“薛长官伯陵勋鉴：此次寇犯湘北，关系战局綦重，该长官指挥有方，所部忠勇效命，歼除顽敌，保障全湘，捷报传来，举国欢庆，应即复电嘉慰，并饬传谕所属，益加奋勉……”
何应钦电文：“长沙薛长官伯陵兄：湘北会战，经获全胜，捷音传来，良深欣贺，吾兄指挥有方，杀敌致果，厥功无伟，敌人遭此惨败，心胆俱寒，仍希再接再厉，奋迈前进，以获全功。”
第一次长沙会战结束后，日方和国民党方面各自都公布了己方统计的战果：
日方声称此战毙、伤、俘国民党军4.8万余人，而日方的伤亡数字仅为3600人；
国民党方面则宣称日军死伤3万余人，第9战区的伤亡人数为4万余人。
事实上，当时双方在作战中究竟各自损失了多少人，我们现在已无法确切查清。
那么，这一仗究竟是国民党军胜利了，还是日军胜利了呢?
从当时国民党方面的宣传看，显然是将己方作为胜利者。而冈村宁次在其回忆录中却有着截然不同的看法。他甚至连国民党方面把此次会战冠之以“长沙会战”的名称，都认为是不准确的。他说，第11军的作战原案中并没有一定要占领长沙的提法，而是要在赣江与湘江之间打击中国军队，若作战进展顺利则相机攻占长沙，因此，如何有日军兵败长沙一说?在冈村宁次那里，这次会战被称为“湘赣会战”，并认为他才是胜利者。
当时的第9战区司令长官部参谋处副处长兼作战科长赵子立，1984年曾撰文指出：“此次会战，我军是逐次抵抗，且有既设阵地可供利用；日军是攻者，常暴露于我阵地之前，其伤亡不会比我军少。据实而论，只能算是一个‘平局’。说是‘长沙大捷’，有些夸张。”
有学者曾指出：此次会战，从日军进攻开始，至日军主动撤退告终，战场全局的主动权基本上操之于日方。战斗结束后，双方军队都回到原有阵地。因此，就会战局部而言，双方未分胜败。但从抗战的全局而言，却是对中方有利。日军要消灭第9战区主力的目的未达到，反而消耗了自己不少兵力和武器，并退回原阵地。而中国方面判断日军将进攻长沙，为此做好了万一长沙不守的多种准备，所以将日军未能攻到长沙而退却视为胜利。