日军第三师团首先向汨罗江北岸河夹塘、南渡的第九战区第九十九军的防御阵地发起了进攻，第九十九军的两个连官兵在日军的猛烈攻击下，与防御阵地同归于尽后，被日军第三师团的进攻部队突破了阵地。
当日下午，日军第三师团的大部队开始强渡汨罗江，在与第九战区第九十九军的防御部队激战了一天后，日军第三师团大部分成功渡过了汨罗江，而第九战区第九十九军在阵地被日军第三师团突破后，便全军撤退至粤汉铁路以西的大路铺、渌塘铺及大娘桥、新开市一线，
而日军第三师团在突破了第九战区第九十九军在汨罗江南岸的防线后，随即根据第十一军司令部制定的作战计划，在大娘桥一线转向往东共计前进，准备对第九战区第三十七军形成合围之势。
第九战区第三十七军的正面，是日军第六师团和第四十师团，这两支日军部队分别在新市和长乐街向第三十七军的防御阵地发起了猛攻，但在第三十七军官兵们的顽强阻击下，加上连日来的雨雪，河水暴涨，根本无法渡过汨罗江。
直至两天后，天空稍微放晴下，日军第六师团和第四十师团才在空军的掩护下完成浮桥架设，开始渡河。
日军第六师团和第四十师团渡过汨罗江后，分别从孝顺岭和长乐街向南攻击前进，而第三师团派出的迂回部队则是在空军飞机的掩护下向东快速的攻击前进，准备包围第三十七军。
第三十七军面对日军如此多的兵力猛攻，全军官兵殊死作战，与日军攻击部队力进行白刃战，用尽一切手段坚守着自己的防御阵地，在一些防御阵地失守后，第三十七军的官兵们仍然利用周围的有利地形，潜伏在山地中继续对敌袭击。
惨烈的战斗持续到了午夜时分，第三十七军各部官兵损失惨重，防御阵地也已经是残破不堪了，于是，第三十七军开始利用夜色的掩护，向东转移至浯口、孙家山、朱公源一带山地，来到日军进攻部队的侧翼，从侧翼向日军的进攻部队进行袭扰攻击。
至此，日军第十一军的进攻部队已经攻占了汨罗江南岸的大部分地区，华夏政府第九战区的守军部队则是在完成了战区司令部的作战命令后，转移至东西两侧山地中，准备从侧翼开始袭扰日军的进攻部队。
其实，在日军第十一军的进攻部队突破华夏政府第九战区在汨罗江南岸的防线之前，日军第二十三军已占领了港岛，因此，日军第十一军实际上已接近完成了此次发起第三次长沙会战攻势的目标了。
但日军第十一军司令官阿南惟几中将在制定此次作战计划时就有趁势攻占长沙城的想法，在日军第十一军进攻部队在突破汨罗江之前，日军第十一军司令官阿南惟几中将就开始和第十一军司令部的部下们进行了讨论。
日军第十一军司令官阿南惟几中将对部下们说明了进攻长沙的必要性，他认为如果这次趁机占领长沙城的话，可以给予华夏政府最大的军事威胁，其次，可以把华夏政府正在向华夏南方集结的兵力牵制在湘北和北方地区，让华夏政府有一种湘省随时可能受到日军全面占领的担忧。