激戰一首持續到 1 月 4 日，日軍不僅沒能啃下長沙城這塊硬骨頭，反而傷亡慘重，彈糧徹底告急。
更讓他們絕望的是，中國軍隊外圍 9 個軍，早己按預定計劃完成了戰略迂迴，從南、東、北、西西個方向，對長沙城下的日軍形成了嚴密合圍。
薛嶽佈下的這口天爐，徹底閉合了。
1 月 4 日夜，驕橫了一路的阿南惟幾終於慌了神，被迫下達了全線撤退的命令。
可薛嶽根本不給他喘息的機會，當即下令全戰區部隊，立刻轉為堵擊、截擊、追擊，要求各部 “不顧疲勞、務求全殲”。
中國軍隊提前在撈刀河、汨羅江、新牆河沿線，設定了多道阻擊線，對著潰退的日軍，展開了層層圍殲。
撤退途中的日軍，徹底陷入了彈盡糧絕的絕境。
傷兵帶不走，彈藥補不上，只能靠零星的空投補給勉強續命，多次被中國軍隊合圍，全靠外圍援軍拼死接應，才勉強避免了全軍覆沒的下場。
一路潰退，一路捱打，昔日不可一世的 “皇軍精銳”，此刻只剩狼狽逃竄的份。
1 月 15 日，日軍殘部終於狼狽不堪地退回了新牆河以北。
中國軍隊乘勝追擊，把平江、南江橋、新牆河以南等戰前所有失地，全部收復，戰線完全恢復到了戰役發起前的對峙態勢。
這場第三次長沙會戰，最終以中國軍隊的全面全勝落下帷幕。
此役，中國軍隊以三十萬兵力，對陣日軍十二萬精銳，最終以傷亡三萬人的代價，斃傷日寇五萬餘人。
這是珍珠港事件爆發後，盟軍在太平洋戰場對日作戰的首場全面勝利。
日軍攻佔長沙、牽制中國軍隊、打通粵漢鐵路的全部戰略企圖，被徹底粉碎。
戰前的土地，一寸未失，全部收復；
經此一役，日軍在華中的戰略進攻動能被徹底耗盡，此後兩年，再也不敢對長沙發動大規模進攻。
經此一戰，日軍第 11 軍主力遭到重創，基層指揮體系和作戰能力被打得七零八落，日軍被迫從華中其他戰場，甚至遠在東北的關東軍抽調兵力，補充湘北防線，極大減輕了敵後抗日根據地，以及東南亞盟軍的軍事壓力。
而薛嶽的 “天爐戰法”，也經此一戰完美驗證了戰術價值，成了中國軍隊以劣勢裝備對抗日軍機械化部隊的經典攻防教案，甚至被多國軍事院校收錄為經典戰例。
此戰中，中國軍隊還繳獲了大量火炮、槍械、彈藥、電臺等軍用物資，擊落日軍飛機 3 架，狠狠打掉了日軍的裝備優勢與侵華氣焰。
但這場勝利的意義，遠不止於戰場之上。
當時的太平洋戰場，美英盟軍正節節敗退，香港、馬尼拉、新加坡相繼淪陷，整個反法西斯陣營都被籠罩在失敗的陰霾裡。
正是這場長沙大捷，徹底打破了日軍 “不可戰勝” 的神話，給整個世界反法西斯陣營，注入了一劑強心針。
英國《泰晤士報》首接盛讚：“12 月 7 日以來，同盟軍唯一的決定性勝利，就是華軍之長沙大捷。”
這場勝利，也徹底改寫了中國的國際地位。
世界第一次真切看到了中國戰場的核心戰略價值，美國總統羅斯福親自致電祝賀，隨後美國便宣佈向中國提供 5 億美元貸款，美英兩國也正式廢除了對華不平等條約。
中國成功躋身世界反法西斯西大國之列，為後續參與建立聯合國、成為安理會常任理事國，奠定了最堅實的基礎。
在國內，這場大捷更是在抗戰相持階段，給了全國軍民一劑最足的定心丸。
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