第3、6师团在春华山一带没有捞到大鱼，渡过捞刀河，直奔长沙。然而中途第3师团得知第4师已率先进抵长沙，师团长丰岛贪功，致电阿南惟几，“据情报，敌军主力已向株洲转移，长沙已是空城，攻占意义不大。”也不等回电率领第3师团往株州而去。
宜昌的战斗也打的如火如荼，第6战区终于在9月30号扫清了宜昌外围，完成了对宜昌城的合围，部队对宜昌城发起总攻。日军第39师团被挡在宜昌的外围。
阿南维几有些着急上火，宜昌城危急。湘北的战斗也进行了十多天了，74师也还没找到，补给线又频频遭到袭击，前线补给开始困难。阿南维几考虑到已重创了第九战区，也该撤军了。最终10月1日阿南惟几下达了撤军命令：着第40师团先行，第4、第3、第6师团并列。其中第40、第6师团居右，经永安市—麻峰咀—长乐街路线北返；第4师团居左，沿长沙—湘阴之线北返；第3师团居中，沿左右之间的道路北返。
此时第4师团已强渡捞刀河、浏阳河进攻到长沙城外，与国军第79军展开激战。第4师团战力强横，第79军被击溃。就在国军准备在长沙城内打巷战时，第4师团却撤退了。
第4师团收到了尽快结束战斗，向北撤退的命令。第4师团手脚麻利的渡过浏阳河、捞刀河。日军其它部队也收到了命令，第3师团一度占领株州，收到命令后，日军部队撤退。薛岳察觉到了日军全军撤退，立即命令部队拦截。浏阳的74军正好派上用场。部队首先在金潭侧击了从株州撤退的第3师团。重创第3师团，这时暂编第二军也从株州追击上来。第3师团如丧家之犬，往北突围。74军又在永安、春华山拦截第6师团，第6师被第74军围追堵截也脱了一层皮。
湘北战场至此攻守角色互换，猎人变成了猎物。薛岳命令第79军向长乐街、新市方向追击日军，第58军进抵关王桥，第72军前往杨林桥伏击日军，第99军，第10军进抵营田拦截。第20军、74军进抵福林埔、金井。右路第4师团遭第99军、第10军侧击，但奈何两军前期作战皆受损严重，第4师团冲破拦截越过泪罗江，中路第3师团、右路第6师团、第40师团遭国军逐次拦截，损失惨重，会战局势完全倒向国军这边。
阿南维几在司令部像热锅上的蚂蚁，宜昌第13师团师团长已发来决别电，第39师、早渊支队还陷在途中。阿南维几早就下令日军使用特种弹，来对付拦截的国军，还派出飞机助战。日军向宜昌前进的速度明显快了多。
宜昌城已到了最后时刻，待第13师团师团长内山英太郎等高级军官切腹后，第13师团宜昌守军完全崩溃，残余士兵大叫着板哉与国军拼命，被全部击毙，国军占领了宜昌城。可惜的是最后时刻第39师团、早渊支队正好赶到，冲进了宜昌城。两军又在宜昌城展开了巷战，国军攻城部队力竭，逐步退出宜昌城，在最后关头国军还是功亏一篑，宜昌城得而复失。
右路日军第4师团退的很快，渡过新墙河，其部队损失不是很大。而其他两路日军部队就没这么幸运了，一路不断遭到拦截、侧击，往往为摆脱拦截，还要断尾求生。
10月10日各路日军终于退回到出发阵地。中日两军战线恢复到战前状态。
会战后中日两国都声称取得了会战的胜利，双方发布的战报水份都非常的大。实际伤亡比中：日=1.5：1，国军伤亡5.7万人，日军伤亡3.9万人。最亮眼的战绩在宜昌，歼灭了第13师团余人，师团长内山英太郎等高级军官切腹自杀。国军损失也很大，第九战区第4、26、37、10等军基本上损失达到30一50%，其中第4军102师损失更是高达90%。所幸的是战略军第47军损失不大。
第二次长沙会战的胜利，发生在苏德战争爆发后不久，此时法国已经失败，英国、苏维埃联盟在处处挨打。此战让中国在国际上树立威望。让美英盟国看到了中国战场的价值，间接推动了美英盟国对中国的物资支持。这一点非常重要，苏德战争的爆发导致苏俄无力支援我国，我国在国际上陷入了孤立，我国急需物资的支持。
另外会战我国的胜利，加剧了日本的内政外交危机，导致近卫内阁垮台。同时，日本在对美谈判中的强硬态度也因此受到削弱，进一步动摇了其战争基础。
会战挫败了日军的战略意图。日军在会战中的主要目标是消灭中国第九战区的主力，以便集中力量入侵东南亚。然而，由于中国军队的顽强抵抗，日军未能达到这一目标，从而延缓了其入侵东南亚的计划。
李振华的判断再一次得到了印证，便他在国军中的影响进一步提升。两年前李振华预测日军必定入侵东南亚。1941年7月日军公然开入法属越南后，日本的意图已是昭然若揭。
从李振华多次提醒国府这件事上，国府判断李振华此人虽是共党，但更是一个民族主义者。李振华没有像一般的共党一样从心底里对国府充满恶感。在抗日的问题上，国共双方达成合作是形势所迫，国共之间的矛盾重重，双方可以说是既合作又相互提防。
李振华的这些分析和建议都是通过延安总部转发过来的。在中共总部高层、山东地区中共高层都不是秘密。 像李振华这样的聪明的人怎么可能会不知道此事有可能的隐患。
国府很好奇李振华先是中国人，还是先是共产党。这件事可能就是李振华的弱点和突破口，国府可以做些文章。