薛岳拿出的杀手锏就是位于江西新余春担任战役预备队的王耀武率领74军。薛岳命令74军全部西进，两个师开赴浏阳，一个师开赴洞阳，限24日内到达以急救长沙。可让薛岳做梦也没有想到的是：自己精心布防的这支秘密武器也已被日军识破。日军在与国军作战时缴获了密码本进而通讯部破译了一封电报。即：国军第74军正在星夜兼程赶往捞刀河南岸占领阵地，协助夏楚中固守长沙，并将在此进行决战。
日军得知国军劲旅74军出动，立时紧张起来，因日军在万家岭、高安等大战中多次遭受74军沉重打击，导致日军官兵谈虎色变。阿南惟几首先想到的是出动航空兵力量，锁定第74军的位置，以猛烈的空中打击将其歼灭或重创。但又顾虑如果空中袭击效果不佳，倘若第74军集结到位，必将影响下一步向长沙进攻的行动。当务之急就是必须集结主力部队围堵第74军，将其聚而歼之。这样，不仅消灭了重庆军的嫡系主力，而且今后武汉、南昌受到的威胁将大大减弱，此次长沙作战也将会取得明显效果。
于是阿南惟几决定更改作战计划：将原定攻击平江的第6师团调回，协同第3师团迎战第74军。这第6师团（熊本师团）和第3师团（名古屋师团）都是日军最早组建的甲种师团，战斗力极强，侵华以来所向披靡。特别是第6师团的任务，原定要占领战区要点平江，歼灭国军第27集团军杨森指挥部，保障第11军的翼侧安全。阿南惟几对此很重视，他期盼第6师团能顺利夺取平江，最好将第27集团军也就地歼灭。会战以来，日军第40师团在进入战斗时就被杨森所部缠住大吃苦头，损失不小。要是能在平江把杨森所部吃掉就太好了。可第74军的战斗力实在令人心悸，只靠第3师团不一定能吃掉。于是阿南惟几痛下决心，舍杨森打王耀武。解除第6师团攻占平江的任务，令其迅速回头参加围歼第74军。
9月24日，军部到达浏阳后又接到薛岳命令：令其先头两个师兼程向黄花市前进。军情紧急，经过五天昼夜强行军，74军以第57师、第58师、军部、第51师的行军序列以一字长蛇阵，先头部队之57、58师大部已越过捞刀河谷地区，于9月25日晚到达长沙外围春华山。该地位于长沙东北30公里外，捞刀河北岸，是长沙东北面一个重要的防御据点。而在此之前，74军经过浏阳城郊的蕉溪岭时，就于狭窄山道遭遇日军大量飞机轰炸、扫射，57师后队、军部和58师全队遭到日军扫射，伤亡不小。随军上尉参谋黄幼横将公文包紧紧抱在胸口跳进一个大土坑中，才躲过了日机的轰炸和扫射。仅在这个大土坑里，就有被炸死的近10余名士兵的尸体，真可谓出师不利。张灵甫顾不了这些，当天晚饭过后，全军继续以一字长蛇队形向长沙急进。9月26日天将黑时，与全军一起抵达永安市，此时永安已是大火冲天，火光照到二三十里外。
此前的战役部署，参谋长赵子立的意见是采取运动歼敌战术，将攻击力很强的74军主力调去外线再寻机迎头痛击日军。赵子立认为：若直接将王耀武的第74军插入捞刀河南岸，必须经过永安、黄花一线集结，这就等于把右侧背部暴露给了由北而南疾驰的日军。与其冒这样的风险，不如把第七十四军安排在更靠后的浏阳以北，也就是长沙的外线，这样可以捕捉南下的日军左侧背，与其他友邻部队一起从外线反攻，也许会打出新的局面。
薛岳对于赵子立的意见，不为所动，置若罔闻。而是将74军放在第二线的黄花、永安地区，占领捞刀河两岸阵地作为长沙的外围，协同守军守卫长沙。这一战略使得战斗力很强的74军顿时成了城防部队，处在了被动防守的境地，全无机动灵活的战场优势可言。不过此时长沙东面已经被洞开，除王耀武第七十四军之外，再无任何可以调动之兵。如果把第七十四军再拉到浏阳东北，就等于直接放弃长沙，这是薛岳不愿意看到的。仗既然已经打到这一步，赵子立也十分郁闷，再提其他建议，恐薛岳更是全盘否定，徒增其烦，赵子立索性不再言语，闷在一边。
正在愁苦之际，王耀武打来电话，询问具体的作战安排。在电话中，赵子立详细地说出了第74军的危险处境，并叫王耀武堤防即将来到的严重的遭遇战，并说道：薛总司令把你们的部队向长沙以东拉进，我是绝对不同意这种安排的，这样以来，74军将毫无胜算。
“我也明白，可我作为一军之长，面对战区司令长官的命令，又有什么办法？只有唯命是从的份儿啊！”王耀武无奈地挂断了电话。
一将无谋，害死千军。薛岳一步步走进了自设的死胡同。
26日，日军已经大举渡过捞刀河，防守在捞刀河岸的是第26军萧之楚部。原本第26军的任务是掩护74军进入捞刀河阵地，完成阵地布防后一起阻击日军。谁知当74军抵达捞刀河畔时，大量日军已经渡过捞刀河，第26军则早已经不知去向，放弃阵地逃走了。由此，第74军刚刚进入阵地就成孤军，立足未稳就与日军在捞刀河激战开来。
第一个与74军遭遇的是日军第三师团。第三师团并没有接到与74军作战的任务，但是既然遭上了自然要打。9月26日，第三师团在黄花镇与74军交战。在春华山，57师与日军加藤大队等部血战，不久阵地丢失，只好转进天鹅山。58师在捞刀河遇上了日军第18联队，将日军一个大队围歼在捞刀河桥边，击毙两名日军中队长。日军第三师团本欲趁74军立足未稳，将其一举全歼，没想到余程万带着号称“虎贲”的57师发起反击，一场血战后重新占领了春华山，张灵甫指挥58师也发起反攻，日军以巨大伤亡取得的阵地得而复失。至此，日军第三师团申请继续追击，被阿南惟几拒绝。阿南惟几命令第六师团火速赶来，和第三师团夹击74军，这样才能彻底消灭这支英勇善战的国军队伍。而其他的部队，则用来对付第10军，第37军和第26军残部。
74军不知即将陷入重围，仍在全力拼杀。
26日下午17点，日军第6师团主力绕过崇山峻岭很快杀到捞刀河畔支援。第74军各部迅速陷入两个精锐日军师团的围攻之中。27日，58师在代理师长张灵甫的率领下杀入日军第6师团阵地，一度逼退日军主力。但由于第57师抵挡不住日军，导致侧翼失守，58师、57师被日军分割、切断，陷入苦战。尤其是第58师已经杀入日军内部，友军突然后撤导致58师被日军重兵包围。
双方血战至9月27日中午，第74军军长王耀武发现春华山东侧存在空档，立即命第57师步兵指挥官李翰卿率补充团（预备队）插入空档，趁势向日军第6师团侧后发起猛攻，极大的鼓励了全军士气。第57师，第58师也发起反攻，第6师团一时阵脚大乱。而在此关键时刻，日军精锐第4师团（一个主力联队）从后面赶到，将李翰卿团全部反包围。李翰卿为避免被全歼，立即率部突围；与日军展开肉搏战，全团战死千余人。李翰卿也在战斗中负重伤，他躺在战壕中；坚持指挥战斗，不久伤重壮烈殉国。
而此时日军集中第4、6师团所部，继续夹攻第57师；第3、6师团在西面夹攻第58师。57师、58师凭借坚固阵地拼死作战，士兵更加发挥火力顽强抵抗。日军攻击开始后约三十分钟后，第一线不断出现伤亡，虽夺取了74军阵地的高台端部，但以后由于炽烈的火力及74军军官带头顽强抗击，致使进攻受挫。
第57师副师长余程万，率余部成功挡住了日军疯狂进攻。并向李翰卿所率领补充团，发起解围进攻；但遭到日军反攻，伤亡近四千余人。而此时第58师的也伤亡非常大，一线的连、排长已经伤亡了半数，战斗力大大削弱。74军无力再发起反攻，遂转入防守。王耀武派损失较小的第51师增援、接替第58师，由第58师守春华山侧翼防卫。51师师长李天霞率部前往并与日军激战到黄昏后不敌，于是主动放弃阵地将部队东移，导致阵地形成了一个大缺口。日军趁机从缺口杀入，直袭74军军部，军长王耀武的卫士长和数名卫兵被日军乱枪打死，王耀武侥幸脱逃。
很快，被围的58师就全线崩溃。直到此时，薛岳才如梦方醒，下令王耀武速速撤军。而此时的58师已经被打残，51师和57师在收缩阵地时被日军突袭，遭遇了分割包围。这两个师和数倍于自己的日军混战在一起，51师师部被打掉，74军直属部队也被日军骑兵冲散，74军全军伤亡过半。
74军遭到日军三大精锐师团围攻消息，很快传到重庆中央军委会。蒋介石震惊不已，日军为歼灭第74军一个军竟先行放弃攻击长沙，动用战斗力最强的三大精锐师团围攻一个军；为抗战首次。虎贲王牌第74军是整个中国都仰仗的主力军，为国军五大主力之首，是日军最畏惧的中国军队。如果第74军被歼灭甚至被全歼；将给中国抗战造成极负面影响。9月27日下午五点，薛岳紧急下令第74军撤出战场。庆幸的是，第74军将士军事素质过硬；败而不溃，很快互相掩护，逐次阻击日军。第51师炮兵营副营长刘炳利用夜色，炮轰追击日军。日军不明虚实，不敢大胆追击；第74军成功撤出日军包围。
分头突围后，74军残部在浏阳集结，一统计才发现，74军这支身经百战的精锐之师遭到重创。57师伤亡40%，58师的军官伤亡失踪148人，士兵伤亡超50%。