岡村寧次從對湖南人的研究中悟出了什麼道理，我們不得而知。但他在指揮軍隊向長沙發起攻擊時，沒有考慮到湖南民眾的因素，因此而流於輕率。反過來說，在這一次長沙會戰和下面將要談到的第二、第三次長沙會戰中，中國軍隊都取得了勝利，和湖南這塊土地的特異性，和湖南人特殊的秉性，都是有著密切關係的。
岡村寧次懷著未能進入長沙的遺憾離開了日本第十一軍司令官的位置。這個軍的第二任司令官和部園一郎也沒敢再來攻打長沙。1941年4月，狂熱效忠天皇的年輕將領阿南惟畿中將，辭去陸軍部次長的職務，野心勃勃地來到中國，接任第十一軍司令官。阿南受到天皇和宮內女眷的青睞，帶兵打仗格外賣力，希望立下特大戰功，報答皇室的恩澤。他上任之後，立刻研究武漢四周的戰局，決心攻佔岡村啃不動的長沙，挫敗薛嶽的銳氣，也顯示自己的能耐。
1941年9月，阿南惟畿指揮四個師團、四個支隊、兩個飛行聯隊和海軍一部，共計十一萬五千人，分兩路向長沙進攻。改用“中間突破”、“兩翼迂迴”的“雷擊戰”戰術，對長沙發動第二次大規模進攻。薛嶽指揮十三個軍、一個挺進軍和兩個飛行大隊，共三十多萬人，仍然採用“誘敵深入”的戰術，將優勢兵力集中在長沙地區，計劃將日軍引誘到汩羅江以南、撈刀河西岸的地區，再開始反擊，將日軍殲滅。
9月7日夜晚，日軍主力向湘北發起全線猛攻。這一次，薛嶽對阿南惟畿的戰術認識不足，選擇決戰地區不當，一開始就打得很被動，一個個主力軍都被日軍打散，只得在後方集結。最重要的是，日軍破譯了中國軍隊的密電碼，對中國軍隊的調動了如指掌，提前佈下口袋，等待中國軍隊增援部隊的到來。因此，李玉堂的第十軍和王耀武的第七十四軍這兩個王牌軍，都沒能擋住日軍的進攻，反而險些被日軍殲滅。
日軍突破新牆河、汩羅江和撈刀河防線以後，迅速挺進到長沙外圍，並於10月1日晚攻入長沙城。日軍佔領長沙後，一支支增援的中國軍隊陸續趕到長沙外圍，被打散的部隊也重新集結，投入戰鬥。處於日軍後方的楊森集團軍，也趕下山來，向日軍背後發起攻擊。第六戰區也在湖北向宜昌發起了大兵團反攻作戰，駐宜昌的日軍第十三師團長內山英太郎向日本中國派遣軍總司令部告急，阿南惟畿必須從湖南撤兵，回援宜昌。敵我形勢驟然逆轉。戰局的主動權回到了薛嶽的手中。
阿南惟畿十分想趕到長沙，但他知道，他已經沒有了進入這座城市的資格。他的五十輛裝甲車，已全部被中國軍隊擊毀，護衛裝甲車的一千多名步兵，也已全軍覆沒。湖南的民眾破壞了日軍與後方之間的道路和橋樑。前方各師團急需補充的電文，壓在他的書案上，軍人的警覺使他意識到，一線部隊斷絕了補給和增援，那將意味著什麼。
阿南度過了一個無眠之夜，發出命令：“全線撤退！”
日軍剛開始撤退，薛嶽便命令各部乘勢追擊，大量殺傷日軍。10月9日，日軍退過新牆河，回到原防。這一仗，日軍死傷七千人，中國軍隊損失近七萬。日軍沒有達到他們的戰略目的。
第二次長沙會戰落下了帷幕，史稱“第二次湘北大捷”。這次會戰的結果，直接導致日本近衛內閣的第三次倒臺。
1941年12月8日，日軍偷襲珍珠港成功。日軍在太平洋戰場上連連得手，氣勢洶洶。在年底的聖誕夜，日軍攻佔了香港。但是，日軍的氣焰很快受到了打擊，因為在1942年新年伊始，日軍又在長沙遭到一次重大的軍事失敗。
1941年12月24日，也就是在日軍攻佔香港的前一天，阿南惟畿再度指揮日本第十一軍侵犯長沙，聲稱“要到長沙過新年”。薛嶽制定“天爐戰”計劃，要求部隊邊打邊撤，佯裝敗退，將日軍引誘