25日，日军第3、第4、第6、第40师团、早渊支队、荒木支队陆续抵达捞刀河北岸，逼近长沙。薛岳电令第79军守备捞刀河南北地区，保卫长沙外围；暂编第2军先头部队暂编第8师于26日到达榔梨市待命；第74军两个师向黄花市挺进。这份电报却被日军截获。
日军一看国军第74军来了，立刻瞪大了眼睛。国军第74军一直是日军第11军的老对手，没有少让日军第11军吃苦头。阿南惟几立刻调整兵力部署，命令第3、4、6师团放弃既定目标，全力围歼第74军。
25日晚，第九战区长官部从长沙撤往湘潭。第74军先头部队第57师到达捞刀河北岸的春华山附近，发现春华山已经被日军占领。第57师马上抢占捞刀河南岸的天鹅山，与日军形成对峙。日军向天鹅山发动攻击，双方激战竟夜。日军被击退，第57师乘胜追击，一举夺回春华山，掩护主力集结。随后，将春华山交给第58师，北上麻城迎击日军。
27日，第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，亡1670人。这个统计显然夸大了日军的战果）。
狠狠的挫败了日军的嚣张气焰，也粉碎了中国派遣军总司令畑俊六“新馆上任三把火”的意图。赵继统因为战前示警、设计滞敌、通报密码被破译等功劳（鼓励日军东进侵略别的国家摆不上台面）被任命为陆军中将、并获青天白日勋章一枚。
苏联斯大林同志在获得那份“日本不会在西伯利亚采取行动”无比宝贵的情报后，迅速抽调远东军队到欧洲方向，包括精锐的5个步兵师和3个坦克师。这些坦克师装备的都是有名的t-34坦克。这支生力军投入战场，向在 莫斯科城下筋疲力尽、伤亡惨重的德军杀去。德军哪里还能招架得住，于是出现了令全世界目瞪口呆的一幕：号称天下无敌的德军在苏军的凌厉反攻面前，从莫斯科 城下踉跄败退，其常胜不败的神话有如泡沫一般地破灭了。
特此授予赵继统“列宁勋章”（苏联二战时期的最高奖赏）。