日军越过汨罗江之后，各部甩开掉队辎重，以机械化支队为先锋，步兵主力紧随，分多路昼夜兼程向南猛扑，沿途国军溃散部队无力阻拦，大小据点大多望风弃守，湘北原野之上，尽是向南后撤的溃兵与逃难百姓。
薛岳仓促下发的调兵命令在层层传递中破绽百出。原先规划在外围伺机合围的机动兵团，分散布防于湘东、赣西各处，路途遥远、补给不足，接到紧急开拔指令时，部分部队还在原地整训，缺枪少弹、兵员未满额，强行急行军赶路，沿途掉队、逃兵不断，赶赴长沙的速度远跟不上日军推进节奏。赣北抽调的援军受制于道路泥泞、日机不间断袭扰，行进一再延误，迟迟无法抵达长沙城郊布防。
赵子立连日坐镇参谋处，带着全体参谋昼夜整理城防数据，对照先前编撰的《第九战区兵力部署要览》反复核算现有守备力量。原本驻防长沙城内与近郊的部队，不少是从新墙河、汨罗江败退下来的残部，各师普遍减员三至五成，大量轻重武器遗失，弹药存量仅够短途守备消耗。城垣工事虽经过多年修筑，可多处隐蔽工事因为常年疏于维护，加之战前为迎合诱敌战术，近郊外围阵地大多故意留白，来不及临时抢修补强。
赵子立拿着整理完毕的城防损耗清单，再度求见薛岳，提出折中方案：放弃长沙外围零散据点，收拢全部残兵固守城区，抽调长沙城郊民夫连夜加固城墙、挖掘环城壕沟，同时暂时舍弃湘南部分前沿防线，就近抽调守备兵力北上驰援长沙。
接连两道天险失守已经击碎薛岳大半傲气，可多年坐镇长沙的胜绩仍让他不愿轻易放弃城外纵深，只应允小范围收缩兵力，依旧寄望迟到的外围援军能如期赶到，在长沙城下完成翻盘合围。
五月下旬，连绵阴雨终于暂歇，晴空之下日军航空兵频繁升空，对长沙城外交通要道、兵员集结地、后勤仓库轮番轰炸。火光在城郊接连燃起，被炸塌的房屋、损毁的粮秣堆积在道路两侧，长沙城内人心惶惶，商铺闭门、百姓争相向湘南逃难。
短短三日，日军三个主力师团率先抵达长沙北郊、东郊与西郊，迅速割裂长沙与外界的陆路联络，将长沙城三面合围，后续主力部队源源不断赶赴战场，重炮阵地沿城郊高地逐一架设，炮口齐齐对准长沙城墙。
日军指挥官摸清薛岳仍在等待外围援军的心思，没有立刻强攻城池，一边以小股部队不断袭扰城郊阵地消耗守军弹药，一边分兵迂回南下，伺机切断长沙通往衡阳的唯一补给通道，打算围点打援，在外围援军赶来途中逐个歼灭。
城外零星的攻防战日夜不休，国军残余守备部队依托村落、丘陵节节抵抗，每一处小型据点都要反复拉锯争夺，阵亡士兵的遗体在野外雨水泡胀，血水顺着沟壑汇入田间水洼。前线求援电报一刻不停送入长官部，守军弹药日渐紧缺，伤病员堆满城内各处临时医院，药品匮乏，大量伤员得不到救治。
薛岳每日紧盯各路援军动向，看着援军行进报告不断延后抵达日期，脸上焦灼一日胜过一日，原本铿锵果断的指令，渐渐变得反复多变，时而下令出城主动反击，察觉日军兵力雄厚又紧急传令收兵回城，反复调度之下，本就疲惫的守军损耗进一步加剧。
赵子立望着沙盘上不断收缩的红色防线，心知长沙困局已然成型：守，兵员弹药不足以长期坚守；撤，放弃长沙动摇全湘战局，还要背负失地罪责。
就在长沙城被日军死死围困、攻防大战一触即发之际，日军后续部队悄然绕开长沙主力战场，径直向衡阳方向穿插突进，长衡会战的第二重凶险，已然悄然酝酿。
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