当日军此番大举南下，再次逐渐逼近长沙时，薛岳也做好了全面迎敌的准备。
为了就近指挥和督促各部作战，12月30日，薛岳将他的战时指挥所从长沙的二里牌，搬迁到濒临前线的岳麓山上。
在此之前，他把省政府机关及所属各厅局迁到了茶陵；把第9战区司令部，迁到了耒阳；把他的夫人和孩子也都送到了后方。他只身带着一些作战参谋人员及必要的保卫人员，留在长沙。
此时，汨罗江以南的第37军、第99军仍在顽强抗击着当面的日军第40、第6师团及第3师团。薛岳见南犯的日军已全部进入了“炉膛”，这才命令该两军按照原定计划，让开中间，撤向两厢，养精蓄锐，待机反攻。入夜后，第37军军长陈沛率部由浯口以南向东面的社港地区后撤；第99军则在军长傅仲芳的一声令下，从归义退向湘江沿岸的营田与湘阴一线。而留在敌后的杨森则令所部袭击了驻新墙东南长胡镇的日军辎重兵第40联队，使其伤亡惨重，联队长森川启宇中佐也被击毙。
是日，蒋介石根据连日来的战场情况已判断出日军有沿粤汉线逐步推进、攻占长沙之企图。他担心第9战区二线部队被迫投入战斗而影响日后的决战，遂给薛岳发了一封电报：
“一、敌似有沿铁道线逐步推进攻占长沙之企图。二、该战区在长沙附近决战时，为防敌以一部向长沙牵制，先以主力强迫我第二线兵团决战，然后围攻长沙，我应以第二线兵团距离于战场较远地区，保持外线有利态势，以确保机动之自由，使敌先攻长沙，乘其攻击顿挫，同时集举各方全力，一举向敌围击，以主动地位把握为要。”
蒋介石的意见与薛岳的想法不谋而合。为鼓舞士气，坚定歼敌决心，薛岳于当天下午13时又以“卅午忠电”训令各部：
第三次长沙会战，关系国家存亡，国际局势之巨。本会战职有必死决心，必胜信念。为捕拿战机，歼灭敌人，获得伟大战果计，经规定下列三事，分电各部遵办：(1)各集团军总司令、军长、师长务确实掌握部队，亲往前线指挥，俾能适时捕拿战机，歼灭敌人。(2)职如战死，即以罗副长官代行职务，按之计划围歼敌人，总司令、军、师、团、营、连长如战死，即以副主官或次级资深主官代行职务。(3)各总司令、军、师、团、营、连长倘有作战不力，遗(贻)误战机者，即按革命军连坐法议处，决不姑宽。
他将此意分电各部的同时，又致电报给蒋介石。蒋介石于1月4日复电：
“卅午忠电悉。兄能具此决心，督励所部，良堪欣慰。当此友邦并肩作战之际，甚盼此次会战能获得决定之胜利，以为我国革命军人争得无上之光荣也。”
30日晚上，薛岳正式下令，准备围歼向长沙进犯之日军：
(一)战区决定以各兵团向长沙外围之敌军，攻击聚歼之。
(二)杨森指挥第58军，由长乐街向安沙；第20军由清江口经福临铺向石子铺，索敌攻击。攻击到达线第一次为三多桥、安沙；第二次为傅家冲、周婆塘之线。
(三)王陵基指挥第37军(缺第140师)由瓮江向望仙桥；第78军由三角塘、更鼓台向长桥，索敌攻击。攻击到达线第一次为春华山、东林寺；第二次为大湾港、长桥之线。
(四)罗卓英指挥第26军主力，由洞阳市向朗梨市；一部由江花桥经永安市，协助军主力索敌攻击。第79军(附第194师)主力由金潭向黄花市以南，一部由渡头向柞山桥索敌攻击。攻击到达线第一次为东林寺、柞山桥、大圫铺之线；第二次为朗梨市、东山、金盆岭之线。
(五)第10军固守长沙及水陆洲，第73军固守岳麓山，俟各兵团到达第二线攻击到达线时即断行反攻。
(六)第99军(附第140师)以第197师固守湘江西岸洞庭湖南岸原防；第92师由三姐桥经桥头驿、第140师由栗桥经官桥，向捞刀河之敌攻击，攻击到达线第一次为桥头驿、官桥之线；第二次为捞刀河市附近。第99师固守双狮洞、湘阴、营田，并以一部由明月山、双狮洞向栗桥、福临铺侧击敌军，截断敌补给线。
12月31日，薛岳得到报告：日军主力已分别到达长沙外围附近，第40师团一部到达长沙以东的永安市附近，主力在上杉市以南地区；第6师团一部到达朗梨市附近，主力在麻林市以南地区；第3师一部到达石子铺附近，主力在唐田庙附近。第二线兵团的日军独立混成第9旅团、外园支队、泽支队、野口支队分别到达汨水以北地区，向南继续前进。
于是，薛岳下达了总攻命令：“各部从1942年元月1日子夜开始攻击，限元月4日晚到达第一次攻击到达线。”
一场大规模的围歼战即将展开。
在长沙决战打响之前，薛岳和李玉堂对长沙防守事宜进行了最后的部署。
薛岳根据岳麓山对长沙的瞰制作用，将战区直属独立炮兵旅配置到岳麓山，以支援长沙城守军的作战。他令李玉堂以1个营的兵力在湘江西岸和岳麓山占领阵地，掩护炮兵，主力守备在长沙市区和郊区，重点放在长沙市区的制高点天心阁附近。他还令第10军的两个炮兵团，先以一部放在第一线阵地后方，支援警戒部队和第一线守备部队作战，尔后根据情况再全部撤到岳麓山，加强岳麓山的炮兵火力，以形成对天心阁方面和长沙东南地区日军的毁灭性火力打击。