中方
第九战区自1939年（民国二十八年）秋第一次长沙会战后，继续在横跨湘、鄂、赣三省的长江以南地区与日军第11军形成宽正面对峙。
1940年7月重设第六战区后，第九战区向西、向北与第六、第五战区的分界是石门桥（常德南约15公里）、连山湖南岸、大通湖北岸、洞庭湖北岸沿长江至武汉下游迄九江之线；向东与第三战区的分界为抚河、鄱阳湖口之线。这几个战区共同构成对武汉日军第11军的包围态势，正处于日军所谓“作战地区”的当面，故作战行动较为频繁。
第九战区根据本战区地形和日军部署，并总结第一次长沙会战、上高会战等作战经验，判断日军的进攻方向：在赣北方面，一是由德安、安义指向武宁、修水、铜鼓，一是由南昌指向高安、上高、万载，或由南昌指向新淦、吉安；在鄂南方面，可能由崇阳、通山、通城向南指向平江、浏阳；在湘北方面，则由沿粤汉铁路两侧地区向南直趋长沙。以上各方向中，湘北当为主要方向，其他则为策应方向或牵制方向。据此，第九战区乃将主力部署于湘北方面，并利用横亘于此方向纵深内的新墙河、汨罗江（汨水）、捞刀河、浏阳河等构筑多层阵地，加强防御的韧性，将机动部队控制于东侧幕阜山、连云山山地，以便侧击进攻日军。
1941年3月17日，第九战区制定了反击作战计划。其方针是：在赣北、鄂南方面，对非主攻方面之敌，力求将其夹击于崇仁、新淦以北，宜春、万载、铜鼓、修水以东及修水、长寿街、梅仙以北地区，予以各个击破；在湘北方面，“敌如以主力由杨林街、长乐街、福临铺道及粤汉铁路两侧地区向长沙进犯时，则诱敌于汨罗江以南、捞刀河两岸地区，反击而歼灭之”。其指导要领主要是应用诱敌深入、反击歼敌的战法。
第九战区司令长官部位于长沙。该次会战前，第九战区所辖正规部队为3个集团军12个军33个师，另有若干游击纵队。
其部署为：第99军、第54军（战区直辖）担任汉寿、沅江、青山一带洞庭湖湖防及湘阴、营田、归义间湘江、汨罗江守备。
第27集团军总司令部位于平江。其所属：第4军担任磊石山、鹿角、至公田间新墙河南岸守备，并以一部占领新墙河以北筻口、大云山前进阵地；第58军担任黄岸市、九岭、北港、赛公桥一线守备；第20军担任通城、铁柱港、斗米山、杨芳林各线守备。
第30集团军总司令部位于修水。其所属：第78军担任观音阁、潭埠之线守备；第72军以一部守备东坑岭、留咀桥之线，主力集结于三都南北地区。
第19集团军总司令部位于上高。其所属：新编第3军担任靖安、奉新一线守备；第74军集结于新余、分宜地区整训；预备第5师担任市汊街、温圳一线守备；江西保安纵队担任锦江南岸守备。第37军（战区直辖）：集结于长乐街、瓮江、福临铺间地区整训。第26军（军事委员会直辖）集结于金井、浏阳、永安市一线整训；第10军（军事委员会直辖）集结于衡山、渌口（株洲）地区整训。
湘鄂赣边区挺进军（辖7个纵队）：主力部署于咸宁、瑞昌间地区担任游击。
攻击汨水左岸地区中国军队的开始时间预定在9月23日，9日底前达到作战目的。
日本
自8月中下旬起，日军第11军开始向湘北集结作战兵力。主要部队及集结位置是：第3师团：配属4个山炮大队，8月下旬由湖北应山附近出发，9月16日前后集结于岳阳东南的小桥圳；第4师团：配属山炮、迫击炮各1个大队，8月下旬由湖北应城、安陆地区出发，9月10日前后集结于岳阳东南的新开塘附近；
第6师团：配属2个山炮大队、1个迫击炮大队，原在岳阳、崇阳担任守备，9月中旬集结于岳阳以南的草鞋岭附近；
第40师团：配属1个山炮大队，9月上旬由湖北大冶、咸宁地区西移至桃林附近集结；
早渊支队：以第13师团4个步兵大队、2个山炮大队为基干组成，8月18日由宜昌以南的紫金岭出发，9月15日集结于岳阳以东的冷水铺附近；
荒木支队：以第33师团3个步兵大队、1个山炮大队为基干组成，由江西安义地区出发，9月上旬集结于桃林附近；
平野支队：以独立混成第14旅团1个步兵大队、1个山炮中队为基干组成，9月中旬由江西瑞昌移至岳阳城陵矶附近集结；
江藤支队：以独立混成第14旅团1个步兵大队为基干组成，9月中旬由江西瑞昌移至临湘附近集结；
战车第13联队：配属2个轻装甲车中队，9月中旬由武汉向岳阳集结；
野战重炮兵第14联队，9月中旬由武汉向岳阳附近集结；
第11军工兵队：以3个独立工兵联队、8个架桥材料中队为基干组成，9月上中旬由武汉向岳阳、临湘地区集结。
第11军在集中后期，以一部兵力协同海军向洞庭湖西岸的常德佯攻。为牵制中国第九战区军队，令警备在南浔沿线（南昌方面）的兵团适时发动攻击；
第11军用于长沙方面进攻作战的地面部队总兵力为步兵45个大队，炮兵26个大队，另有若干海军及航空兵协同部队。
1941年（中华民国三十年）9月上旬，日军第6师团为掩护主力集结，解除渡河地带的侧后威胁，向第4军新墙河北岸前进据点进行扫荡作战，随后发起全面进攻。战役打响后，军事委员会除将第26军、第10军拨归第九战区指挥外，又从第六战区调第79军、从第七战区调暂编第2军向第九战区增援。
9月15日第11军在岳阳设立司令部战斗指挥所，并召集各部队参谋长会议，检查发动攻势的准备情况。该军9月上旬最后确定的作战计划要点是：①作战目的：摧毁中国军队的抗战企图，给西部第九战区军队一大打击。②作战方针：军决定9月18日开始攻势，击败新墙河、汨水之间的中国军队；接着准备自长乐街附近进入汨水下游一线发动进攻，攻击该河左岸之中国第4军及第99军。在新市—栗桥（新市南约25公里）公路一线突破敌人阵地，以军的主力将敌包围在该公路以西湘江一带歼灭之；另以一部（第6、第40师团）击败蒲塘（平江正西偏南约10公里）方面山地内之敌。 第九战区参战部队指挥系统表（1941年9月）
第九战区司令长官薛岳
副司令长官罗卓英、杨森、王陵基
第19集团军总司令罗卓英（兼）、新编第3军杨宏光、第183师李文彬、新编第12师张兴仁、第74军王耀武、第51师李天霞、第57师余程万、第58师廖龄奇、预备第5师曾戛初、江西保安纵队熊滨、第27集团军总司令杨森（兼）、第4军欧震、第59师张德能、第90师陈侃、第102师柏辉章、第20军杨汉域、第133师夏炯、第134师杨干才、暂编第54师孔荷宠、第58军孙渡、新编第10师鲁道源、新编第11师梁德奎、第30集团军总司令王陵基（兼）、第72军韩全朴、新编第14师陈良基、新编第15师傅翼、第78军夏首勋、新编第13师刘若弼、、新编第16师吴守权、第10军李玉堂、第3师周庆祥、预备第10师方先觉、第190师朱岳、第26军萧之楚、第32师王修身、第41师丁治磐、第44师陈永、第37军陈沛、第60师董煜、第95师罗奇、第140师李棠、第99军傅仲芳、第92师梁汉民、第99师高魁元、第197师万倚吾、第79军夏楚中、第82师欧百川、第98师王甲本、暂编第6师赵季平、暂编第2军邹洪、暂编第7师王作华、暂编第8师张君嵩、湘鄂赣边区挺进军总指挥李默庵、炮兵指挥官王若卿、工兵指挥官朱焕庭。计12个军33个师10余万军队。
日军参战部队指挥系统表（1941年9月）
第11军司令官：阿南惟几
第3师团丰田房太郎、步兵第5旅团（第6、第68联队）；步兵第29旅团（第18、第34联队）；骑兵第3、野炮兵第3、工兵第3、辎重兵第3联队；第4师团北野宪造；第4步兵团（第8、第37、第61联队）；第4联队（骑兵第4、野炮兵第4、工兵第4、辎重兵）；第6师团神田正种；步兵第11旅团（第13、第47联队）步兵第36旅团（第23、第45联队）；骑兵第6、野炮兵第6、工兵第6、辎重兵第6联队；第40师团天谷直次郎；第40步兵团（第234、第235、第236联队）；骑兵第40、野炮兵第40、工兵第40、辎重兵第40联队；第13师团内山英太郎；步兵第103旅团（第104、第65联队）；步兵第26旅团（第116、第58联队）；骑兵第17大队，山炮兵第19、工兵第13、辎重兵第13联队；早渊支队支队长为第26旅团长早渊四郎；步兵第11联队、步兵第58联队第1大队、山炮兵第19联队；荒木支队支队长为第33步兵团长荒木正二；步兵第215联队、山炮兵第33联队第3大队；江藤支队支队长为独立混成14旅团步兵第62大队（大队长江藤大八）；独立步兵第62大队；平野支队支队长为独立混成第14旅团步兵第63大队（大队长平野仪一）；独立步兵第63大队；战车第13联队；独立山炮兵第2联队（配属第6师团）；独立山炮兵第3联队（配属第3师团）；独立野战重炮兵第14联队（105毫米榴弹炮）；独立野战重炮兵第15联队（100毫米加农炮）；高射炮第22联队；独立山炮兵第51、第52大队；迫击炮第1、第3大队；独立工兵第1、第2、第3联队；第1飞行团（侦察3个中队，直协1个战队）；第3飞行团（侦察1个中队，战斗1个战队）；海军第1遣华舰队。海军第105水上运输司令部。总兵力达12万左右。
