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随后，第40师团一面与中**队作战，一面按预定方案向沙港河右岸集结，并逐渐做好了向湘北进攻的准备。
至17日，日军第11军已经完成全面攻击准备。第3、第4、第6、第40师团在杨林街至沙港河下游一线约20公里之间并列展开。
一场更大规模的战斗即将爆发。
9月18日拂晓，日军第11军发起了全面进攻。
此时夜幕尚未完全打开，若明若暗之中，一阵阵排山倒海般的大炮轰鸣，震撼了寂静的山野。数十架飞机瞬间投下成吨的炸弹。空气被撕裂，大地在颤抖，晨光初现之中，一片血肉横飞。随后，日军步兵在炮火和飞机的掩护下发起冲锋。
阿南惟畿在其日记中这样描述当时的情景：8时，阴云渐晴，在“隆隆”的重炮、山炮声中夹杂激烈的机枪声。8时30分，第4师团正面在烟幕掩护下一齐开始前进。8时50分攻破左岸敌军的第一线，继续前进。通过电话向北野师团长祝贺胜利，并勉奋斗。第3师团正面于7时30分开始前进，未做攻击准备射击，即突破第一线，向大荆街突进。第6师团方面炮声隆隆，只见各处村落起火。一场大规模野战正在展开。统率大军亲视战况，指挥会战，正是其时。
守备在新墙河南岸的第4军一部，在日军猛烈的攻击下，阵地很快被突破。中**队急令第58军和第4军另一部迅速由大云山战场赶到新墙河南岸阻击日军，但为时已晚。中**队第一道防线被突破后，新墙河以西和粤汉铁路的两侧，除了少数警戒部队外，已经没有有力部队可以阻挡日军了。
日军在突破新墙河守军防线后，便如入无人之境，三路日军齐头并进：中路第3、第6师团向草鞋岭、关王桥、长乐街、瓮江等地进攻；左(东)路第40师团从杨林街东侧向平江、三角塘方向攻击，右(西)路第4师团从潼溪街经黄沙街向汨罗江进攻。
早渊支队跟随第4师团由新墙河东南地区突破新墙河南岸阵地后，迅速向鹿角挺进。19日占领鹿角。
平野支队与海军陆战队于17日16时从城陵矶起航，乘汽艇200余艘，民船数百只，在海军20余艘舰艇的护卫下，经洞庭湖向湘江进发。18日在营田以南的下青山强行登陆，击退守军，占领下青山全岛。19日16时占领严廖山，21日占领芦林潭、斗米嘴，将守军第197师封锁在洞庭湖东岸。
此外，日军海军陆战队2个中队于18日在鹿角、磊石山、虾湖山强行登陆，配合早渊支队攻战鹿角后，担负该地区警备。
面对日军强大的攻势，第4军和第58军只能放开正面，边打边撤向东面的山地地带，躲避日军凶猛的初期锋芒，同时从东北向西南尾击和侧击南犯日军。湘鄂赣边区挺进军第4、第5、第8挺进纵队等则对贺胜桥、蒲圻间地区之日军进行牵制作战；第6挺进纵队以一部攻击赵李桥、羊楼洞一带之敌，主力攻击忠防、桃林一带之敌；第7挺进纵队由杨林街、新墙方面自北向南尾击日军。
至19日傍晚，日军第3、第4、第6师团相继到达汨罗江北岸，并有一部进至汨罗江南岸新市、颜家铺、浯口各附近；第40师团则正在向平江方面推进。第9战区令第20军配合第4、第58军扼守关王桥以东、易水以北地区，从日军后方相机攻击。
虽然日军进展迅速，但阿南惟畿为了慎重起见，并没有急于令主力向汨罗江南岸挺进，而是将渡江时间初步定在9月22日夜。同时，他还决定“在弄清敌本日内的行动后，即行确定22日夜半开始的攻击部署”。
阿南惟畿没有想到，他的这一决定竟然为其带来了一份意外的惊喜和收获。