57师与日军第3师团主力鏖战，伤亡近3000人仍然坚守阵地，毫不退让。与此同时，第58师在春华山、夏家塘、伍家渡一线，第51师在伍家渡、杨家滩一线，第37军第59师在王家冲、杨公桥一线与日军第4师团、第6师团、第3师团一部激烈战斗，给予日军沉重杀伤，自己也损失严重。
27日夜，薛岳命令第74军撤出战斗。日军渡过捞刀河，直逼长沙。薛岳以及国民军事委员会没有想到日军能够攻入长沙，长沙郊区和市区没有构筑任何防御工事。长沙陷落，生灵涂炭。至此，日军第11军认为已经完全达到预期的作战命令，停止攻势。
10月1日，国民党第3、5、6战区策应长沙作战的部队纷纷向各地日军发起猛攻。特别是第6战区进取宜昌，歼敌7000多人。这一招“围魏救赵”逼得孤守宜昌的日军连连求救，迫使大军回援。薛岳发现日军撤退，立刻上报蒋委员长。蒋委员长下令各战区参战部队对日军围追堵截，出了一口闷气。
10月9日，日军全部退回新墙河北，第二次长沙会战结束。据战后统计：中方伤亡17426人，日军伤亡48327人（日方统计，整个会战中中国军队遗弃尸体5.4万具，被俘4300人;日军伤5184人