這次全軍官兵傷亡很大，其中第５８師每連剩下不到百人；第九戰區長官部指揮不當，第２６軍未按長官部命令在撈刀河阻止住日軍，掩護第７４軍進入指定陣地，致日軍長驅南下。
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而第７４軍部急於前進，沒佈置防空措施，沒有側翼警戒部隊，沒直接與前方友軍聯繫，敵情不清，側翼完全暴露，也是慘敗原因。
９月２７日，由金井南犯之敵，在與第７４軍結束戰鬥後，一部協同由福臨鋪南犯敵軍進攻長沙，一部由槊梨附近渡過瀏陽河向株洲進犯。
日軍先頭小部隊直逼株洲附近時，日軍一部向長沙東面及東南迂迴，主力則從北面猛攻，又在長沙附近降落傘兵百餘。９月２８日，黃昏，一部鬼子竄入了城內。
薛嶽等人立即撤出了長沙。這個消息傳來，震驚了蔣介石。
蔣介石即令援軍趕至戰場，對日軍進行反包圍，第７４軍第５１、５７師和第５８師另一部分收容起來的部隊也再次拿出了王牌軍的強悍，立即與敵展開激戰。各路大軍其中包括由廣東北援的暫編第二軍及第六戰區調來第７９軍，對長沙外圍的反包圍已經完成，開始配合長沙守軍，內外夾擊。
１０月１日，長沙突然傳來電話；第７９軍趙季平師進入了長沙城，日軍正全部迅速撤退中。
日軍爲什麼忽然撤退？
原來，這次日軍第１１軍新任的司令官阿南惟畿進攻的目的是“掃蕩”中國軍隊，消滅我軍的有生力量，一則燒起新官上任的第一把火，二則對上高會戰的慘敗進行“以牙還牙”。一般來說，日軍要是不帶大小行李出來“掃蕩”，只能打一兩天；要是帶着大小行李出來“掃蕩”，只能打三五天；要是大部隊帶着加強的行李輜重出來“掃蕩”，也只能打兩三個星期。因爲這次“掃蕩”的主要目的是消滅中國軍隊有生力量，他們一路拼命進攻，並沒修復從新牆河至長沙的道路，也沒沿途設置兵站線，除了隨身攜帶的糧彈外，全靠空投，而空投終究是有限的，經過三個星期作戰，糧彈已消耗得差不多了。
並且，官兵雖然在新牆河、汨羅江及瀏陽西北的戰鬥中打垮了中國軍隊３個軍，但自己累得要死，疲勞到了極點。可是這時候因爲第７４軍被打垮，各路大軍向長沙城而來。
９月３０日，中國軍隊第３０集團軍第７２軍已到通山城附近；第１９集團軍的一部已過銅鼓，接近東門市；第７９軍進入了長沙城；第２０軍、第５８軍在南江橋、梅仙以東的山地威脅着日軍的後方。日軍如果不撤退，就得在疲勞與糧彈不足的情況下繼續作戰。於是，阿南惟畿急忙下令連夜撤兵。
日軍一撤退，薛嶽馬上下令各軍迅速前進。
這下王耀武也拿出了國軍悍將的脾氣，日軍退過撈刀河，第７４軍也跟到撈刀河；日軍退過汨羅江，第７４軍跟到汨羅江，日軍退過新牆河，第４軍、第５８軍跟到新牆河，並收復了新牆河。
到１０月１２日，雙方完全恢復開戰前狀態。戰役後，第２０軍仍擔任南江橋方面的防禦；第５８軍仍擔任新牆河方面的防禦；第３７軍收容後，仍擔任湘陰方面防禦，並就防地整補。第２７集團軍總部仍駐平江附近，在名義上第２０軍、第５８軍、第３７軍仍歸第２７集團軍指揮。第１０軍仍駐衡山地區，第７９軍駐長沙，第４軍仍駐守新牆河陣地。長官部仍回到長沙城。
第７４軍則開赴江西宜春集結，進行整頓。
１０月１６日，蔣介石飛抵南嶽，主持召開以檢討本次會戰得失爲中心議題的第三次南嶽軍事會議。
會議的第一天，蔣介石大罵第１０軍指揮無能，戰鬥不力，氣氛緊張。當夜，李玉堂軍長等人一起公關，把預備第１０師的戰績彙報上去了。好在戰前蔣介石看了友軍繳獲的敵作戰地圖，在預備第１０師陣地前標示日軍３個半師團的番號。公關獲得了成效。
在第二天的會議上，蔣介石轉變了語氣：“現在證明，第１０軍預備第１０師陣地前的敵人，有３個半師團的兵力，預備第１０師就是銅牆鐵壁，也難以阻擋敵人的前進。預備第１０師能抵抗一天，還算不錯。”
這樣第１０軍的軍、師長才放下了心。
但是，會議又出現峰迴路轉。
引發問題的蔣介石的嫡系將領王牌軍第７４軍第５８師師長廖齡奇。
在南嶽會議開得驚心動魄的時候，一個重要人物還不知所去，那就是廖齡奇。蔣介石在清算３個敗軍時，第九戰區的一位高參悄悄向薛嶽報告了他的下落。
原來，廖齡奇在株洲江南乘火車返回祁陽老家時，在車上與第九戰區這位高參相遇，他直言相告自己是回家去探親。高參回到戰區司令部報告了此事，薛嶽十分震怒。
而廖齡奇逃回祁陽後，不敢回去了，準備組織民兵打游擊，請當地縣長給予援助，這縣長見大師長孤身回家，不去部隊反要上山打游擊，精明着呢，打電報去耒陽向省政府請示，省府轉電薛嶽。這時王耀武以師長廖齡奇失蹤，正電請長官部調查其下落。薛嶽當即電祁陽縣政府將廖齡奇逮捕，押解到南嶽來。
這廖齡奇來到了南嶽，開始還照樣參加軍事會議。
廖齡奇本來也是戰功赫赫的一員戰將。
他是黃埔四期生，在北伐著名的汀泗橋戰役中，猛打猛衝，被敵人打傷右臂，以致右手致殘，終生用左手寫字。１９３２年參加“一二八”上海保衛戰，因戰功卓著升爲團長。１９３７年抗戰爆發後，在淞滬抗戰中，旅長黃梅興不幸陣亡，廖齡奇在炮火中接任旅長，指揮全旅在南翔一線與鬼子奮戰８０余天。從上海撤退後，廖部負責守備南京雨花臺、中華門一帶。日寇進攻南京時，全旅傷亡慘重，兩名團長先後陣亡。他仍堅持在前線督戰，直到１２月１２日衛戌長官部下令全面撤退後，才率部撤過江北。第二年秋，該師在河南內黃車站截擊日軍土肥原師團，新任師長龍慕韓指揮混亂，招致重大傷亡。幸賴廖齡奇率全旅官兵奮勇抗擊，才穩住陣腳。戰後，廖齡奇因功調升第７４軍第５８師副師長，不久升任師長。
第５８師正副兩位主官，都是文武雙全，可以說是“上馬能殺賊、下馬能作文”。
廖齡奇吹拉彈唱無一不能，還能說一口流利英文，在戰場上先後七次掛彩；張靈甫能寫一手好字，也負傷五次。兩人都因傷致殘，第７４軍同僚稱他們一個“柺子”一個“瘸子”。功高本事大的廖齡奇和張靈甫還有一個共同點，就是兩人都狂傲自負。
張靈甫的自負主要是“追求情趣”，不屑和那種粗俗的人與事爲伍；而廖齡奇的自負則完全是兵油子式的，狂傲不羈，目中無人，滿口粗話；並且對上司，認爲不如自己的往往出言不遜，態度傲慢。對軍長、黃埔三期的學長但只讀過幾年私塾的王耀武，他是“很看不起”的，認爲他只是機遇好，本領才能並不出衆。即使是對戰區最高長官薛嶽，他照樣語氣不友好。他喪偶之後，戰區參謀長吳逸志好心爲他牽線，爲他介紹薛嶽上將的姨妹子。哪知他卻來了一句：“本人歷來不搞裙帶關係”讓吳參謀長的熱臉貼到了冷屁股上，自討沒趣。
廖齡奇不要薛嶽的小姨子，卻娶上了別人。當這次會戰開始時，他正請假去在吉安結婚，乘便轉回老家祁陽省親。當副師長張靈甫接令開赴湖南時，他立即經萬載徒步趕往長沙，半路上聽說日軍已於９月１７日強渡了新牆河，因擔心第５８師部隊，自己掏錢租了一輛車，由祁陽驅車趕上部隊，率部向長沙急進。於是發生了遭襲和連聲招呼也不打就逃跑之事。
這一次，他廖齡奇終於讓人抓住了把柄。
以前，他多次使小性子頂撞王耀武，而王耀武念他是一員難得的戰將，且是自己的手下，才息事寧人，沒與他計較什麼。這次他打了敗仗不說，還臨陣逃脫，完全是“畏戰逃跑行爲”，於是王耀武等人公事公辦了。
在軍事會議上，於是薛嶽、王耀武等發言，指責某些將領，居功自傲，不聽指揮，並拿廖齡奇作典型，大肆攻擊。
而廖齡奇呢，又認爲薛嶽、王耀武等人是爲了推卸自己棄城逃跑的責任，掩蓋長沙又一度失陷的事實，感到很受“委屈”，自以爲是蔣介石的嫡系，徑直跑去見校長蔣介石。
這次王牌軍第７４軍打了敗仗，兵敗撈刀河，一支齊裝滿員、士氣高昂的王牌攻擊軍竟支撐不了一天，敗局之嚴重，從戰區長官部到最高統帥部都極爲震驚。蔣介石認爲是拆了他的臺，丟了黃埔的臉，本來就已極爲憤怒，見敗將廖齡奇來見，當即就喝令“滾蛋”，不予接談，並繼續看自己的文件。誰知這廖敗將竟然站着不走，一再喊報告，要求申述，蔣介石不理睬，起身準備去開會，廖仍追着喊“報告”，並且說：“報告校長，我想請你派我去陸大學習。”
“叫你帶兵你不去”蔣介石一聽他“還要逃離前線”火氣更大了，忿怒之餘，喝令憲兵：“將他押起來”
這一回廖齡奇可把自己給犟上死路了。
這一消息傳入會場，廖齡奇便成了衆矢之的。有的趁此打擊蔣介石嫡系，有的虛構事實，爲自己開脫罪責；有的鑑於將領抗日不力，大聲疾呼，非殺一兩個逃兵不可，不然不足以懲一戒百。薛嶽於是建議槍斃屢次當逃兵的第２６軍軍長蕭之楚。這一次又是這個蕭之楚最先擋不住日軍，之後導致第７４軍失去側翼掩護。但蕭之楚畢竟沒扔下部隊不管，且又是原西北軍出身，因此，蔣介石決心拿自己的嫡系開刀，讓大家無話可說。於是，蔣介石的訓話開始轉向了。
第二天開會，他在講話中從國民黨軍近年來暴露出來的種種積弊，到戰略戰術的運用、高級將領的怯懦無能、軍隊內部的管理訓練等問題都進行深刻反省，要求全體官兵發揚民族正氣，從克服畏敵情緒、認真構築工事、集中使用兵力、增強防禦力量、封鎖小路要隘、防止漢奸敵探、研究騎兵戰術、加強實戰訓練等方面入手，來達成抗戰建國的目的。在一系列講話中，他反覆強調的、說得最尖銳、最動情的，莫過於是批評各級將領的虛驕荒怠，紀律廢弛，說：“我們**軍官，今天做了官長，明天還要能做一個士兵。官長和士兵，只有職務上的不同，論起軍隊的精神和生活來，則完全一樣，絕不能上下隔離，彼此有所分別而虛、貪、怯三個字，我們都有了，如何能不失敗，能不滅亡？僅就這幾點而論，我們的恥辱已甚，危險已深必須痛切反省，徹底悔悟，督率部屬，嚴切改正；各級官長更要上下一心，共同一命，有過相規，有善相勸，只有同心同德，發揮力量來盡到自己的責任，才能對得起全國的同胞，否則，抗戰前途將要不堪設想”
會議最後一天，蔣介石在作題爲《現代戰爭之特性與今後整軍抗戰之要旨》的講話中，親自嘉獎了第５７師步兵指揮官李翰卿，第１９０師副師長賴傅湘，第１９７師５９０團營長劉虞卿、排長黃治國，第９９師２９５團營長曹克人等烈士，並當衆宣佈：“第５８師師長廖齡奇臨陣脫逃，應即刻槍決”
全場爲之震動。
散會以後，衆人都走了，蔣介石也要回重慶了。臨行前，他和薛嶽兩個人散步，交代工作，後面跟着憲兵第１６團團長警衛。突然，蔣介石對身後的那個團長說：“我還有一件事情要辦。”隨即，從衣袋裡搜出一張紙條，寫上“５８師師長廖齡奇臨陣脫逃，槍決。蔣中正，某月某日”，交給這個團長去辦，並且說：“我就在這個土坡上，等你回信。”
這個團長立即去提廖齡奇，廖問：“到哪裡去？”
團長說：“去長沙。”
隨即，就將廖齡奇帶上了汽車。在路上，憲兵團長問了廖被扣的情況。當車開到了一個平地上時，團長要他下來，廖齡奇感到不妙，便問：“爲什麼？”
團長把蔣介石寫的條子給他看，並說：“校長要我馬上執行，你還有什麼話要說？”
廖齡奇說：“我自參加**以來，效命疆場，身上七次負傷，才升任少將師長。即使犯了臨陣脫逃的罪，我是一個師長，也應經軍法會審，這樣糊裡糊頭執行不對。今聽信幾個人的不實之詞，輕率給以處決，我是於心不甘的。”
兩人邊走邊說，團長說他也是沒有辦法。廖齡奇就給剛結婚的妻子寫了一個紙條：“甫一死，不悲傷，改嫁可也。”
走了幾步，廖齡奇對團長說：“就在這個地方，你下手吧。”
團長即對着他的後腦開了一槍，便立即前去覆命。蔣介石問：“他說了什麼沒有？”
團長如實向蔣報告，蔣介石對團長說：“你留下，好好給他辦後事。”便走了。
抗戰時期老蔣就槍斃了三個黃埔系學生，其中一個是廖齡奇。大會秘書長賀耀祖也是湖南人，有意救廖，不料第二天就獲知廖齡奇已被槍斃了，嘆息說：“唉，都說湖南人犟死一頭牛，這個廖齡奇犟脾氣就是改不了，纏住校長報告什麼呢，不是自己找死嗎”
廖齡奇處決後，會議也散了。第１０軍在嶽麓山下整訓，總結經驗，召開檢討會議，由李玉堂主持，懲處了有罪者：軍工兵營長槍決；預備第１０師第３０團團長田琳撤職，第３師的團長朱炳秋撤職。而他自己和預１０師師長方先覺這次成功逃脫，大爲慶幸。
第１９０師師長朱嶽則向手下各團團長介紹軍長李玉堂在孫家橋突圍的經驗，說：“軍長在孫家橋被日本鬼子包圍了，參謀長要向南面突圍，軍長說：不行，敵人包圍我們，重點一定放在我們的後方，防止我們突圍，拼命也突不出去。即使突出去了，敵人跟蹤追擊，也逃不掉。我們的前方，也就是敵人的後方，是敵人估計我們不會突圍的方向，兵力一定比較單薄，容易突出去，突出去了，也比較容易逃走。我們決定向西北突圍。於是軍長和參謀長就帶着特務營向西北方向敵人的後方突圍，結果，沒有遇到敵人的阻擊就衝出來了。突圍之後，轉了一個方向，繞道跑到青山鋪，都沒有遇到敵人，安然地脫離了戰場。”
這臨陣逃跑竟然當做經驗在全軍教導
處決廖齡奇，處分李玉堂，蔣介石和薛嶽以鐵血手腕嚴明軍紀，震懾軍心，各級長官一時間莫不收斂，誰也不敢再跨越雷池半步