1o月1日黄昏，日军开始全线撤退。为了掩护主力部队北撤，日军第11军做了如下部署：
平野支队在湘阴北方白泥湖岸登陆，占领湘阴，尔后掩护伤员由水路北撤；
第4师团森田支队进占神鼎山北麓，当主力部队全部撤过后归建；
荒木支队在新开港占领阵地，当第4师团经过时随之北撤；
独立混成第14通旅团江藤支队，在长乐至新墙之间掩护兵站，当第6师团撤过后归建。
1o月1日夜，荒木支队由狮形山开始向新开港进。第2o军遭遇。荒木支队无心恋战，很快就脱离战场，并于当日到达新开港。4日，又配合平野支队，攻占了湘阴城。由于新2o军的报复性攻击，平野支队和荒木支队被新第4o师团继荒木支队后也由狮形山开始北撤。在撤退过程中，曾遭到第2o军等部队的阻击。
由第4师团指挥的早渊支队于3o日夜间开始北撤。1o月1日，该支队在捞刀河北岸遭到巧妙伪装的第98师的阻击，伤亡甚众，2个联队长被击毙，余部溃逃。
第3师团1o月1日傍晚由金潭附近北撤。第第92师拦击，拼命突围始得通过。
第6师团殿后。1o月1日傍晚，该师团从镇头市撤退，编成三路纵队北返。在福临铺及检市场等地遭到中**队的阻击，5日晚进到长乐附近。
1o月7日，日军渡过汨罗江后，经新墙河开始向临湘、岳阳撤退。为进一步追歼北退之敌，薛长官又重新调整部署：
湘鄂赣挺进军王总司令率3个挺进纵队及2个补充团，切断咸宁、蒲圻间之铁路、交通、通信，断敌归路，阻敌向堙水东北岸逃窜；第第16师进攻崇阳之敌及击敌援兵，断敌归路。
第第54师以主力攻击大沙坪，以1个团攻击羊楼洞而占领之，由羊楼洞附近切断铁路、公路之交通、通信及击敌援兵。
第第7纵队向五里牌截击日军，并确实截断铁路、公路之交通、通信，断敌归路及击敌援兵。
第第2o军在汨罗江、新墙河间截击、尾击敌人后，第第第第2o军向筻口、新墙，自东南向西北尾击日军，并力争将其压迫于岳阳附近地区加以歼灭，从而一举而攻占临湘、岳阳。
第26军集结于浯口、长乐街，推进至登龙桥、关王桥，第第6师集结于伍公市，推进至三江口、大荆街，策应新墙河北岸各军作战。
第第99师与新2o军协力肃清归义、河夹塘、营田一带残敌后，前者在新市南神鼎山东侧地区集结，策应各方作战；后者仍任归义、河夹塘、营田、湘阴一带原防。
1o月9日，薛长官向最高统帅报告：败退之敌已溃渡新墙河；从第第2o军向筻口、新墙河北继续猛追，各军除以一部围攻据点之敌外，主力正向岳阳、临湘东南地区挺进攻击中。
虽然第9战区对北撤日军的追击声势浩大，但由于各军在此前都曾遭到日军不同程度的打击，战斗力并不强，再加上在追击的过程中各军之间缺乏相互协调和配合等原因，并未能取得战区所期望的将日军压迫至岳阳附近加以歼灭，进而克复临湘、岳阳的目的。
1o日前后，日军全部退回新墙河北岸，双方军队又恢复了战前的对峙态势。
在整个会战期间，为策应湘北主战场作战，日军独立混成第14旅团于9月22日从九江出，第34师团于9月27日击退锦江北岸之中**队，尔后向奉新方向反转进击，牵制赣北方面的中**队。1o月上旬，这两支部队也陆续返回原防地。
会战期间，遵照军事委员会第三、第五、第六战区各向当面日军动了范围广泛的袭扰活动，对日军若干据点和交通线形成一定威胁。特别是第六战区从宜昌出的反攻作战展到较大规模，使日军受到震撼。其中，第六战区集中优势兵力向日军留守鄂西一带的第13师团主力动猛烈进攻。战斗进行到1o月第13师团烧毁了军旗和秘密文件，师团长以下军官们准备好了自尽的场地和用具，并写好了绝命书，等待最后时刻的到来。但这时日军从长沙前线返转的部队为解第13师团之危，紧急车运，其先头已抵荆门附近，第第第第13师团突进。军事委员会鉴于日军返转部队已接近，为避免陷于被动，于第六战区停止攻击，将部队有计划撤至城外，控制要点，进行休整。第六战区的反攻作战至此结束。
第二次长沙会战，历经月余，终于落下了帷幕。
日军“华北方面军”（司令官冈村宁次）为策应第第35师团自新乡以南强渡黄河，第3集团军部队，占领中原重镇郑州。第35师团虽然撤出郑州，返回原防，却在黄河南岸京汉铁路黄河大桥西侧的霸王城要点建立了桥头堡阵地，以2个步兵大队、1个炮兵大队驻守，这为后来日军在河南的进一步作战创造了有利条件。
根据日军布的所谓战报，整个会战中中**队遗弃尸体5.4万具，被俘43oo人；日军伤11184人，亡567o人。这个统计显然夸大了日军的战果，压低了日军自身的损失。仅仅是新2o军在湘阴县城一战所歼灭的日军，也不在少数。不过，从国民政府军事委员会的内部资料看，第第第第第第3师伤亡35％，伤亡确实十分惨重。
会战结束以后，为了避免会战前期的那种兵败如山倒的全面溃败场面在以后的战事里再度出现，军事委员会在长沙召开了由最高统帅亲自出席，军政部何部长和军令部徐部长共同主持，第三、第五、第六、第九等四个相关战区的高级