，蒋介石侍从室正式指示张治中对长沙采取焦士政策；稍后，张又接到蒋介石“限一小时到”的紧急电报：“长沙如失陷，务将全城焚毁。望事前妥密准备”。
对于焚城阻敌的办法，张治中虽曾提出过异议，但以蒋介石的专横，张是不敢不执行的。张治中迭接蒋介石焚城的命令后，立即采取应变措施，指定省会警备司令部司令酆悌负责筹备，省保安处予以协助，警备第二团团长徐昆担任放火总指挥，负责组织放火队伍，准备放火工具。根据当时拟定的焚城计划，放火前，先发布日军轰城的消息，以便于疏散市民，并施放空袭警报，由警备队督促市民出城；放火时，以城南天心阁处举火为号，全城同时行动。放火时间视日军进攻长沙的情况而定，由酆悌亲自掌握。按此计划，徐昆迅速将警备第二团以3人为一组，编成100个放火小组，分发放火器材，调集大量消防车，灌人汽油，作为放火车，并在主要街道预备大桶的汽油和煤油等易燃物，有些墙壁上用石灰写着“焦”字，或画了其他纵火暗号，或用日文写着对敌宣传标语。
11月12日，即岳阳弃守的第三天，日寇先头部队已抵汩罗江北。谣言不胫而走，或说敌人已到新河（距长沙仅10多里），或说敌艇已距省河不远等等。逃难的人流有如成群结队的蚂蚁，把城郊数十里内的稻田踩成无数的小道；被阻于水的，更是狼狈不堪，或忍痛抛箱弃物，或失足落水，葬身鱼腹。
入夜，城里到处关门闭户，街上漆黑一团，偶然从门隙里透出一点点灯光，或传来几声小贩的叫卖，凄凉万状。
深夜，全城戒严，行人绝迹，只有三五成群的全副武装的士兵或提油桶，或提着小火炉，或拿着其他放火器材，紧张地窜到全市街头巷尾，准备执行放火任务。正在这个“风声鹤唳，草木皆兵”的紧急时刻，南门外伤兵医院不慎失火。紧接着天心阁和一些地方也起火了。预先守候在各处的放火队员一见天心阁的火光，纷纷将点燃的火把投向油桶或居民的房屋。顿时浓烟滚滚，火光冲天，热浪灼人，爆声阵阵，美丽的长沙古城顿成一片火海。
焚城的计划是严格保密的，焚城的行动又是在没有得到命令的情况下发生的。故当火起时，留城的老百姓尚在睡梦中。及至从梦中惊醒，还以为是日军打进城来了。正准备夺路逃命，但烈火已经临门，大多数的街巷已被烟火封住。熊熊大火中逃命的人们，在拥挤和混乱不堪中，有的被人群踩死，有的被汽车压死，有的被大火活活烧死。一位60多岁的老太太被大火逼进水缸后惨死。一位带着孩子的母亲躲进水缸避火，双双被活活煮死。30多名余太华金号员工躲进防空洞，全被烤焦致死。凄厉的哭喊声，恐怖的嘶叫声，连同建筑物燃烧时的爆炸声，交织成为一个悲惨世界。
这场恐怖而又无情的大火一直延烧了两天两夜，造成了空前的浩劫。全城80％以上的房屋被烧毁，原来繁华的街道变成断壁残垣，学校、银行、工厂、商店毁于一旦。据国民党湖南省政府统计室编印的《湖南省抗战损失统计》估计，大火造成的经济损失约10多亿元，相当于抗战胜利后的1。7万亿元。据国民党当局公布的数字，直接死于火灾的有3000余人。
长沙大火前，周恩来、叶剑英正在长沙。大火当夜，他们率领八路军驻湘通讯处工作人员冲出火海，撤往湘潭。14日，他们立即赴南岳，就大火的善后问题与蒋介石交涉。面对各方的责难，蒋介石连夜从南岳赶至长沙处理善后，迫于长沙和全国人民的舆论压力，蒋介石接受了周恩来提出的3点善后办法：（1）拨款50万元救济灾民；（2）调集5000民工清理街道，掩埋尸体，搭盖窝棚，安置灾民；（3）严惩放火首犯。几天后，蒋介石下令判处酆悌、徐昆、文重孚（省会警察局长）3人死刑；绘张治中以“革职留任”的处分，仍继续负责火灾的善后。17日，周恩来最先赶到长沙，领导善后工作。22日，省府也成立了长沙市临时救济委员会。郭沫若等在回到长沙后，同八路军驻湘通讯处的工作人员一道组成了“善后工作突击队”，开展善后救灾工作。整个善后工作至11月底完成。
长沙这场中国历史上罕见，世界历史上也是少有的惨绝人寰的大火，早已成为历史的陈迹，但它留给人们的教训是深刻的。日本侵略者制造的南京大屠杀震惊世界，但人们却没有料到还有这么多的同胞会无辜屈死在一群渎职殃民的官僚们所制造的一场大火中！
长沙会战
抗日战争期间，中国军队曾与侵华日军在湖南长沙进行过三次大规模的激烈攻防战，史称为“长沙会战”，或称“长沙保卫战”。
前两次长沙保卫战，双方都自称获得了胜利。从战术上看，双方并未分出胜败，中国军队的损失更大；但从战略上，阻止了敌人的战略目的，可以认为是抗战中的胜利。第三次长沙保卫战则是一场典型的胜仗。
湖南为抗战时期国民政府粮食、兵员及工业资源的重要供应地，其省会长沙是华中战略重镇，当粤汉铁路之要冲。在武汉、南昌会战后，长沙的战略地位上升到特别突出的位置，成为屏障中国的战略大后方大西南的门户战略要点，中国第9战区司令长官部即设于长沙。当时中日两国军队在湘北新墙河一线隔河对峙。
中国特别重视长沙地区的防御，由第9战区（后分设第6、第9两个战区）集重兵与日军在战在线对峙。在1939年到1942年间，日军先后三次大规模进攻长沙，中国军队与之展开殊死搏斗，终将日军击退。
第一次长沙会战
1939年9月14日，第一次长沙会战爆发。此前，日军第11集团军调兵遣将，集中步兵10万、陆军航空兵团约100架飞机及海军一部的强大兵力，企图集中打击第9战区主力，并在政略上实施日本政府以打诱降的计划，企图挫败中国国民党军的抗日意志导致国民政府屈服，从军事上配合推出汪伪政权。
中国军方早就判断出日军必将进攻，并确定了守卫湘北赣北的基本方针。第9战区加紧部署，严整战备。由于长沙地区的地势不利防御作战，北部平坦无险可守。中国军方改变以前层层设防、逐次与日军进行阵地防御战的呆板挨打战术，转为只以部分部队坚守正面既设阵地，逐次予敌消耗，主动转移至敌之侧翼，继之以伏击、侧击、尾击等各种手段逐次消耗敌兵力，待敌进入预定决战区域，集中使用绝对优势兵力，将敌一举围歼。同时，中国军政部门还特别注意破坏一切可资日军利用的道路，使日军机械化部队和重炮兵行动困难。会战开始后，日军攻势行动艰苦，各路均遭到有力的阻击、侧击，部分陷于包围，后期在中方反击下匆匆撤退，不仅未能达到歼灭第9战区主力的作战目的，而且损失惨重，伤亡达2万余人。
第二次长沙会战
1941年后，日军酝酿发动第二次进攻。但因苏德战争爆发，日军积极准备对英美开战，无力投入更多机动兵力，被迫缩小规模，仅将目的定为予9战区中国军队一次重大打击。
9月，日军发动进攻，强渡两军对峙的新墙河。由于第9战区出现指挥失误，下达作战命令的无线电报竟被日军窃收并破译，中国军队陷入极大被动，虽多处与敌激战，但遭遇失败。月底，日军攻入长沙。但是，由于日军大本营正在积极准备发动太平洋战争，要求作战尽快结束，同时日军经连日作战，粮弹损耗很大，战线过长，后勤保障困难，决定10月1日开始撤退。中国军队随即展开追击作战。10月5日，中国军队恢复原阵地。
这次作战，虽然中国军队由于指挥失误导致付出了相当大的代价，但是日军并没有击溃9战区主力，自身却付出了2万余人伤亡代价，阵地完全恢复到战前状态，日军没有达到任何大的战略价值。
第三次长沙会战
1941年12月8日日本发起太平洋战争后，日军决定再次发动对长江以南中国军队的进攻，从而牵制中国军队转用广东方向，阻止中国军队援助英军保卫香港。1941年12月23日，日军再次强渡新墙河展开进攻。
中国在前两次长沙会战的基础上进一步总结经验，进行防御作战。日军屡攻长沙不下，周围中国军队又不断压缩包围圈。日军弹药将尽而补给线已被切断，只能空投补给，于是被迫退却。中国军队合围部队立即转为向敌阻击、截击、尾击作战，穷追不舍，在多处予敌重大打击，扩大战果，敌狼狈逃串，至1942年1月15日，中日两军恢复战前态势。中国军队获得长沙数次会战以来首次全面胜利。此役，日军遭重创，被毙伤5万余人。
在太平洋战争爆发之初，美英等国军队于太平洋接连失利形势下，“长沙会战”引起强烈的国际反响，获得英国、美国等国政府和舆论给予积极赞扬和评价。
1944年中，日军发起打通中国大陆交通线的“豫湘桂战役”，在此战第二阶段的长衡会战中，由于中国军队疏于防范、战法老套，长沙终于在6月间被日军占领。
长衡会战
1944年5月，日军在大举进犯豫中的同时，为打击湘中中国守军，贯通粤汉铁路，由第11集团军司令官横山勇指挥日军10个师约20余万人，兵分3路，开始向湖南发起进攻。其部署是：中路，第34、第58、第68、第116师由岳阳东南沿粤汉路作主要攻击；东路，以第3、第13师自崇阳附近，西路以第40师及第17旅自华容实施辅助进攻，另有第37、第64、第27师位于临湘、蒲圻一带担任增援。中国第9战区司令长官薛岳指挥16个军54个师，共40余万人，仍采取长沙会战之战法，策定以一部兵力利用既设阵地，节节阻击日军，迟滞其前进，主力集结于后方，诱敌于有利地区实施包围攻击，粉碎日军企图。
5月26日，日军开始进攻。东路日军第3、第13师经过激战，于29日突破守军第72军阵地