一九四一年三月，杨帅得知通城日军迭经我军袭扰，计穷力竭。遂下令进攻，由133师以397团在大沙坪东南团山地区阻敌援军，以398团协同58军新编第十师28团，从通城东西两面夹攻日军。经一夜激烈巷战，日寇伤亡惨重。次日早晨，通城残敌在飞机及大沙坪敌炮兵掩护下，逃窜至大沙坪。398团和28团同时收复通城，后由133师398团担任守备，师部进驻通城以南石潭碑以资策应。通城的收复对后续的长沙防御有非常重要的作用，九战区司令部特意致电嘉奖。
1941年初，日寇乘英、美忙于应付欧洲战争之机，积极谋求南进，与英、美之间的矛盾日益尖锐。美国也希望利用中国抗战拖住和消耗日本，加强了对中国的援助。日寇强烈感觉到自己在远东进行的战争实际上面对的是中、苏、美、英四国，因而处理中国问题必须解决南方问题。基于这种背景，日军参谋本部制定了《大东亚长期战争指导纲要》和《对华长期作战指导计划》 。但因苏德战争爆发，日军积极准备对英美开战，无力投入更多机动兵力，被迫缩小规模，仅将目的定为予9战区我国军队一次重大打击。
1941年8月中旬，日军第11集团军集结了4个师团主力及4个旅团等12万余兵力于岳阳、临湘地区，准备再次进攻长沙。9月7日，日军向大云山、方山游击根据地进攻，第二次长沙会战打响。
这次鬼子吸取了上次的教训，不再分散兵力，将主力部队集中在狭窄的正面，准备以大规模兵力正面猛攻进行决战，避免再出现像第一次长沙会战中那样，因军力分散而遭到各种伏击的情况。
面对日军的这次进攻，薛岳仍然担任第九战区司令官。他分析认为，在国际局势的影响下，美国对我国实施了大量的军事援助，使得我军在装备和物资上有了很大的改善。因此，在这次会战中，可以采取积极防御的策略，以火力和阵地对抗日军的进攻，并寻找机会反击。
9月7日，日寇与和我军正式展开激战，这一次第9战区部队面临的正面作战压力非常大。战区司令部沉着冷静地要求各部队依据当地地形优势，对进犯鬼子展开多次阻击。
9月17日，日军第11、6、13三个师团开始向长沙北部发起猛攻。薛岳命令第9、10、27、58四个集团军在长沙北部构筑了五道防线，并利用美援物资装备了大量火炮和机枪等重武器，在防线上与日军展开激烈交火。
同时，在长沙东部山林中埋伏了第4集团军和新编第1师等部队作为预备队和反击部队。双方在长沙北部展开了惨烈的拉锯战。
由于中国火力优势明显，日本步兵在进攻时遭到了巨大的阻碍和损失。但是由于9战区下达作战命令的无线电报竟被日军窃收并破译，使我军陷入极大被动，虽多处与敌激战，但遭遇失败。又由于我军防线较为分散和薄弱，在日本坦克和飞机的配合下，防线还是被突破。