薛岳指挥了四次长沙会战，创立了“天炉战法”；四次长沙会战共歼灭日军10万多；第一次长沙会战前面说过，只说第二、三、四次长沙会战。
长沙地区划分在中国第九战区，下辖3个集团军12个军33个师；日军调集的兵力是十一军，下辖第三师团、第四师团、第六师团、第四十师团，和4个支队，战车联队、重炮联队、工兵队。1945年9月15日，日军制定作战计划，准备作战。大云山战斗是第二次长沙会战的前奏，进行了10天。大云山是九战区的重要阵地，会战前派出小股部队袭击日军后方，破坏交通。日军第十一军命令第六师团进攻大云山；9月7日，日军开始进攻大云山。9月8日到9日，日军火力、兵力处于优势，中国守军弃守大云山。9月10日，日军认为完成扫荡任务，就撤离大云山；中国军队重新占领大云山。9月18日，日军全线进攻，强渡新墙河；中国守军顽强抗击日军。几小时后，日军渡河成功；中国守军转向第二线阵地。日军第三、第四师团沿着粤汉铁路向南开进。中国第四军第二线阵地也被日军突破，中国守军后撤。蒋介石抽调两个军增援第九战区；但第九战区发给各军的电报被日本情报部门破译，交给了日本第十一军。日本通过破译的中国守军电报，有针对的进攻，中国军队伤亡很大。9月21日，出现“日全食”，日军心里蒙上阴影，认为是不祥之兆。日本第六师团与刚刚到达战场的中国二十六军遭遇，双方打了场遭遇战。9月24日，日军第四十师团也攻击二十六军；二十六军奉命转移。中国第二十七集团军向日军侧后进攻，但未能切断日军补给线、推迟其南进。日军已迫近长沙；9月25日，薛岳电令各部保卫长沙。但电报又被日军破译，日军调整部署，准备歼灭中国七十四军。日军攻打长沙，中国守军激战后撤退。日军在长沙与中国军队打了遭遇战、巷战后，占领长沙。
10月1日，中国军队在全国各地进攻日军，以策应长沙的作战；尤其是第六战区攻打宜昌，宜昌日军求援。日军部署从长沙撤退；薛岳命令各部追击，但战果不大。到10月9日，日军退回新墙河以北，恢复为战前状态；第二次长沙会战结束。
1941年12月8日，日军偷袭珍珠港，同时进攻香港。中国政府从第九战区抽调第四军和第七十四军南下，增援香港的英军。日本决定先发制人，进攻湖南，牵制第九战区的部队南下；第三次长沙会战爆发。1941年12月20日，日军第六师团集结在新墙河下游；第四十师团进入托坝附近；第三师团也集结完毕；独立步兵第六十五大队到达岳州。香港的英军基本失败，12月24日，增援香港的中国军队北上。12月24日，日军开始进攻；12月25日，第二十军继续与日军激战，激战后奉命后撤。12月26日，日军第六师团与中国一三三师激战8小时后，占领龙凤桥阵地。接着，日军占领了关王桥等阵地，日军第三师团沿粤汉铁路南下，击溃中国军队，开进到归义。26日晚，日军继续开进；28日，湖南下大雪。中国军队袭击南下的日军第三师团，中国一四〇师与之进行了场遭遇战。到29日，日军已到了大娘桥附近；日军其他各部也渡河南下。日军攻下鱼口湾、基隆山等阵地；中国第二十军雪夜袭击日军第四十联队，击毙联队长。日军逼近长沙；在长沙，中国军队构筑了坚固的防御工事；由于道路问题，日军的炮兵跟不上，中国的炮兵占优势。日军第三师团发动进攻，中国军队反击作战。从击毙的日军军官身上搜出日军的作战计划和命令等文件，而且得知日军弹药缺乏。薛岳根据这个情况，决定在长沙围歼日军。蒋介石将国军王牌七十四军划归第九战区指挥，第四军也向长沙开进。中日双方在长沙反复争夺激战；日军第三师团弹药快要用尽。日本命令第六师团投入对长沙的进攻，命令第四十师团开到东部的浏阳，以确保日军后方的安全。1942年1月3日，日军利用黑夜和中国守军的大意，集结在陈家山下，清晨冲上山占领阵地；中国守军反攻，未能成功；战斗中击毙日军第二大队长横田。1月4日，双方反复争夺冬瓜山阵地；日军第三师团、第九旅团、第六师团与中国守军拉锯作战。日军第四十师团于5月3日开始撤退，薛岳下令追击。日军第六师团、第三师团开始撤退，中国军队追击；日军第三师团撤退时混乱，中国军队以密集火力射杀。到1月15日，日军撤回原防地，恢复战前态势，日本第十一军也撤回汉口；第三次长沙会战结束。
第三次长沙会战艰苦的打胜了，日军两年未能重新攻打长沙；1944年5月，日军调集二十万兵力，南下攻打长沙；第四次长沙会战爆发。此次日军吸取了以前的教训，改变了策略；但中国方面，有麻痹轻敌思想，认为像前三次会战。此次日军分三路，东线从浏阳进攻长沙；西线从益阳、宁乡进攻岳麓山；中路经捞刀河南下。日军一部迂回到岳麓山后面，对岳麓山发起进攻；中国炮兵阵地设在岳麓山前面，不能发挥作用；岳麓山很快被日军占领，守卫长沙的第四军指挥部设在岳麓山，长沙城内的中国军队无人指挥，一片混乱。此次日军从中国东北调来了精锐的关东军，由中国派遣军总司令官畑俊六在武汉指挥；可中国仍然是常规兵力，而且比前次长沙会战兵力减少了。日军攻下岳麓山阵地后，长沙城内的中国守军突围，长沙沦陷。但日军推进到衡阳时，遭遇中国守军顽强抵抗；中国以一个军、没有援军，堵住日军几个师团的进攻，阻挡日军四十多天，给予日军重大杀伤。日军在衡阳大战中使用了毒气，是芥子气和路易氏气混合物；1944年8月8日，衡阳陷落后，日军进行烧杀抢掠。抗战胜利后，国民政府将衡阳定为“抗战纪念城”。
