湘江蜿蜒穿长沙城而过，将长沙分为两半，东岸的城区占据着长沙城的绝大多数面积，而西岸主要为岳麓山。
穿城而过的湘江水终年不停地流淌着，为古城长沙增添了秀色，而江中形成的水陆洲，更是成为长沙的一个著名景观，远远望去，硕大的水陆洲有如浮出水面的巨大航船。
第4军军长张德能将军对长沙的防御部署是：
以第59、第102师守备城区（湘江东岸），以金盆岭——滴水井——湖积渡——颜家岭一线为半圆形警戒阵地，以阿弥岭——红泥岭一线为半圆形前进阵地，主力占领红山头——修械所——红石嘴——黄土岭——军储库——砚瓦池等一个半圆形阵地带，另以有力部队控制妙高峰、天心阁、小吴门。
第90师占领岳麓山（湘江西岸）周围附近及主阵地。
炮兵主力配备在岳麓山，另以一部配备在城区，协助长沙城区守军作战。
当时任第59师参谋长的张国泰老人回忆说：
“……第59师师部设在天心阁附近，担任浏阳门以南沿南郊直至江边一线防御，并构筑和加强了城防工事，第102师师部设在浏阳门附近，担任长沙东面及北面防御，也构筑和加强了城防工事；第90师仍在湘江西岸，师部设在岳麓山下，担任岳麓山、桃花山之线防御。
军部设在长沙城中的中央银行地下室里。
长沙沿江一带也构筑了坚固的工事，是用杉木一根根拼成的木栅，除了开有两个小门外，江边与岸上被木墙隔绝了开来。
在得知日军由湘北出动的消息后，战区长官部发出市民疏散令，3日内市民便全部疏散完毕。第59师抽出第177团为总预备队，归军部指挥。军部还直辖了一个7.5厘米口径的山炮团及一个重迫击炮营，用于市区防御。另有一个15厘米口径的榴炮营（4门），用于岳麓山方面的防御。
当时长沙备有足够的粮秣和弹药，还有两艘汽船，十几条木船，供东西两岸联络之用；长沙到西岸有水底电话线，随时能通话。
以上说明我军在战前的准备是充分的……”
而实际上，第4军的这个防御部署，全都是上次第10军的老方案，甚至连阵地都是上回留下来的，只是重新加固了一下。
由于第10军取得了防守长沙的辉煌成功，因而，它的经验就是法宝，似乎遵循它，就是得到了胜利。
这是人们的一种普遍心态。
横山勇下达围攻长沙的命令，是6月14日17时，这时，参加围攻长沙的日军各部队都已到达长沙外围的指定位置。
此时，长沙以东的浏阳已被敌占领，占领了浏阳的日军第3、第13师团随之继续南进，攻向醴陵，向长沙的东南迂回和向衡阳以东地区突进。
到达了捞刀河北岸的日军第116师团，则向长沙以南迂回，从渡头镇渡过浏阳河，向长沙以南之易家湾、易俗河、湘潭地区前进，抵达株洲、渌口，封锁该地区湘江上中国军队的运输与阻止守军横渡。
日军第68师团的主力，则在第116师团的东侧并肩南进，从浏阳河南岸的镇头、官桥南下，进至姚家坝、神福港与湘江东岸的昭陵、朱亭一带。
只有日军第40师团一直与中国军王耀武集团胶着在宁乡附近。
横山勇下达攻击命令的时候，长沙的北面、东面、南面和西面均为日军所占，只有宁乡、湘潭尚在双方的争夺战中。
这样的态势，已经对防守长沙的中国军队形成了很不利的局面。
但是横山勇中将又推迟了攻击长沙的时间，主要原因是重炮部队迟迟未能到达。
对于已经三度兵败长沙城下的日军，横山勇此番是志在必得，愈如此心情迫切，他就愈加要慎重行事。中国守军炮兵火力的威力，他早已从他的前任那里领教了，他不惜朝令夕改，在于他要一举攻破城池。
增调前来攻城的野战重炮兵共有2个联队，分成2路赶赴长沙外围助战，但都行程困难重重：
佐藤平秋中佐的野战重炮兵第14联队与佐佐木孟久中佐的独立野战重炮兵第15联队，在途中受到中国军队的阻击，现在相距甚远，无法按时到达长沙前线。其中第15联队从湘江水运，沿途不断遭到中、美空军的攻击和轰炸，船队到达霞港附近时，又有一艘满载炮弹的船只被炸中，炮弹被引爆，船只炸散，另一艘装载火炮的运输船被炸后，连同4门重炮沉入湘江。
第14联队走的是陆路，从新墙河到新市，在新市南移时，遭到中国守军第99军第162师的突然袭击与包围，中国军以迫击炮的火力给日军第14联队以很大的杀伤。
横山勇得知这一情况，急红了眼，他立即派出预备队前往救援，日军第14联队利用夜间苦战突围，才免于被歼。
当两个重炮兵联队伤痕斑斑地终于抵达长沙外围阵地时，横山勇于6月16日傍晚发出命令：
“向长沙包围攻击！”
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