经过前两次会战，日军攻占长沙的企图未能得逞。1941年10月，日本国内东条英机内阁上台，大肆扩展对外战争的规模。一方面在12月初偷袭珍珠港、挑起太平洋战争，另一方面在同年12月24日至次年1月16日发动了第三次长沙会战。是次攻击长沙，日军仍由阿南惟几率领， 集结了约12万人。防守长沙的国军指挥官也还是第九战区司令长官薛岳，投入兵力约30万人。

日军按原定作战计划，从北、东、南三个方向猛攻长沙，还喊出“到长沙城过元旦”的口号。国军则凭借有利地势，诱敌深入，包围合击。薛岳曾发布遗嘱电报“如战区司令长官殉职，则以副司令长官罗卓英代行其责”，并严令第十军“固守长沙，不得退缩”。在李玉堂军长等指挥下，该军将士英勇奋战，誓与长沙共存亡。结果日军攻破长沙的图谋，又遭失败而再度撤退。是役据中方统计，国军伤亡2万8千多人，敌方伤亡5万多人（日方公布仅6千多）。第三次长沙会战是太平洋战争爆发后盟军首胜，就中国战场而言则是抗战反攻阶段首战告捷，增强了全国军民争取抗日最终胜利的信心。

1941年12月，中日第三次长沙会战如箭在弦。图为大战前民众撤离长沙。

                                                 面对日军再攻长沙，国军严阵以待。图为长沙岳麓山上的国军大炮阵地。

第三次长沙会战国军主要指挥官，左起：第九战区司令长官薛岳、第九战区副司令长官罗卓英、第十军军长李玉堂、第十军预备第十师师长方先觉、第十军预备第十师第三十团团长葛先才。第十军坚守长沙不退，是国军在第三次长沙会战奏捷的重要关键。

左图：第二、三次长沙会战，日军皆由阿南惟几指挥；中图：日军第三次攻打长沙；右图：第三次长沙会战，日军致书第九战区司令长官薛岳，“劝告薛岳长官阁下暨各将领停止无益抗战”。

第三次长沙会战，国军以机枪猛射日军。

第三次长沙会战，国军再挫日军。左、中图：与敌激战中的国军；右图：国军在长沙市区追击日军。

战斗期间，国军曾包围日军，日军被迫突围撤退。左图：1942年1月，第三次长沙会战后，国军清理及点算战场上的日军尸体，日军留下大量同袍尸体撤退比较罕见，足证败得甚为狼狈；右图，薛岳赠国防最高委员会秘书长王宠惠纪念品，列出“第三次长沙会战倭寇伤亡概数统计表”，当中负伤23,003、阵亡33,941、合计56,944。

       第三次长沙会战结束后，清理战场的国军展示从日军缴获的战利品。

第三次长沙会战，国军俘获不少日军战俘和武器。此战不仅对中国有重要意义，也是太平洋战争爆发后，同盟国阵营的首胜，获英美盟国高度肯定。

第三次长沙会战第九战区司令部战时指挥部遗址，属防空洞建筑，是国军英勇抗日的见证。

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