就在日军第11军紧张地进行长沙作战的各项准备工作时，有关的情报源源不断地被送到第9战区司令长官薛岳的面前。特别是进入8月以后，日军进攻长沙的迹象日见明显。先有日军第6师团长到新墙河北岸视察的报告，后有日军开始停售武昌至岳阳间的火车客票，而且该区间的列车增多，运输非常繁忙及岳阳的日军强征民夫，加大公路的路幅，增设电话线等各种报告。
关于日军兵力调动情况是：自8月中旬以来，第3、第4师团及第13师团、独立混成第18旅团各一部，由鄂中方面；第33师团一部，由武汉方面，均逐渐向岳阳集中。独立混成第14旅团一部，由赣北方面；第40师团由鄂南方面，逐渐向临湘、岳阳集中。第6师团逐渐向忠坊、桃林、西塘移动。又独立炮兵、独立工兵各一部也由武汉向临湘、岳阳集中；及海军一部，由长沙向洞庭湖集中。到9月初，日军在湘北已增加到上万人的兵力。
毫无疑问，日军要再次向湘北发动进攻了。这一点，作为第9战区最高指挥官的薛岳自然很清楚。但他却在判断日军兵力部署及进攻方向上犯了一个严重错误。
薛岳认为，日军这次进犯长沙，还会在赣北、鄂南助攻，至少要在一个方向上助攻。根据这种判断，第9战区进行了模拟作战演习。兵棋推演的结果是，第9战区完全可以挫败向湘北进犯的日军。这不仅是因为在兵力对比上，第9战区有着很大的优势，而且还因为从第一次长沙会战至今的两年时间里，第9战区对日军的进攻已做了较为充分的防御准备。一方面各部队进行了整训，补充了武器、兵员，战斗力有所提高；另一方面，各部队加强了阵地工事的构筑，这些工事经过两年时间的修筑，已经比较坚固了。而且在本年的3月，薛岳又制定了“保卫陪都作战计划”，令各部队进行整备，同时进行了参谋视察、干部演习、阵地攻防演习等一系列准备工作。因此，此时的薛岳对日军即将发起的进攻非但不惊慌，反倒是胸有成竹，充满必胜的信心。
基于对日军兵力部署及进攻方向上的错误判断，薛岳仍以3月制定的“第9战区反击作战计划第一案”来指导这次作战。
其作战计划是：第9战区在赣北、鄂南方向，对非主攻方面之敌，极力夹击于崇仁、新淦以北，宜春、万载、铜鼓、修水以东，及修水、长寿街、梅仙以北地区，予以各个击破；在湘北方面，敌如以主力由杨林街、长乐街、福临铺及粤汉铁路两侧地区向长沙进犯时，则诱敌于汨罗江以南、捞刀河两岸地区，反击而歼灭之。
具体指导要领是：用诱敌歼灭战法，对于向崇仁、万载方面，修水方面，长寿街方面，平江方面进犯之敌，分别在崇仁、新淦以北及宜春、万载、铜鼓线以东地区，修水东北地区，长寿街以北地区，梅仙以北地区将其反击而歼灭；在湘北方面，则先于关王桥、大荆街及金井、福临铺、栗桥、三姐桥各一带地区，构成纵深强固阵地，节节抗拒敌人，消耗敌力，并彻底转用赣北、鄂南方面兵力于杨林街、关王桥、长乐街、平江、沙市街、永安市方面，自东向西对敌侧击，并以有力兵团紧衔敌尾，南渡汨罗江，对敌尾击，同时，加强并确保外翼，对敌形成反包围。在此期间，要切断敌后续部队，断其补给，使其弹尽援绝，以争取作战的胜利。
当时，第9战区的部队除第15集团军及第1、第19集团军各一部抽调去云南以外，仍有9个军。另外，还有国民政府军事委员会直辖的2个军归其指挥。薛岳分别将其部署在赣北、鄂南、湘北三个方向。各军的具体部署情况如下：
赣北方面：预备第5师警备梁家渡、市汊街之线，赣保安纵队警备市汊街，沿锦河南岸，迄车前渡口之线及港口、南港、周家、七里店各前进据点。新编第3军警备祥符观、峦冈岭、奉新、靖安之线，及西山万寿宫、赤田张、宋埠、乾州各前进据点。第2挺进纵队之赣保第4团警备望湖冈、上东坑之线及茅山、横峰山各前进据点。第74军集结新喻、分宜、彬江、大桥积极整训。第78军警备坳头坪、老塔下、火烧白、观音阁之线，及潭埠、津口、大桥河各前进据点。第72军集结三都南北地区，积极整训，及以一部警备留嘴桥、界牌、东坑岭之线。
鄂南方面：第20军警备杨芳林、港口及斗米山、雪堂岭、通城之线，与堰市、铁柱港各前进据点，并以其第134师集结桃树港，积极整训。第58军之新编第11师警备九岭、琉璃坳、保定关、黄岸市之线，及赛公桥、北港各前进据点，其新编第10师集结上塔市，积极整训。
湘北方面：第4军警备新墙河南岸、公田、杨林街、新墙、庙角、磊石山之线，及桃林、西塘、游港东岸、筻口、草鞋岭、大小桥岭各前进据点，并以其第59师集结瓮江、蒲塘、长乐街、白沙桥、石门痕一带地区，积极整训。第99军第92师集结上杉市、安沙岭积极整训；第197师警备芦林潭、螃市、廖潭口、沅江、汉寿一带湖防。第37军在汨罗江一线；军委会直辖归第9战区指挥之第26军，集结浏阳、普迹及金井一带地区；第10军集结曾家冲、大堡、衡山附近一带地区积极整训。
从上述作战计划和部署中可以看出，薛岳当时并不知面前日军更多确切的情况，他的想法与实际情况相差太远。国民党军队就是在这种盲目的情况下，投入了第二次长沙会战。