横山勇决定在五月二十六日，也就是日军在对马海峡大破俄罗斯“波罗的海舰队”的历史光荣纪念日，在湖南发动对华军全面的攻势作战。装备充足的三十六万日军，在优势火力的支持之下，分成七路扑向华军阵地，来势之凶猛，远远超过华军的预估。日军精锐的第三、十三师团以及二十七师团，从左翼（东线）先攻，一举深入地插进平江，再突进浏阳，直捣薛岳预控的反击部队基地。接着在中路的日军第六八与一一六师团，分成六路强渡新墙河，第三四与五八师团随后跟进，以压倒性的优势兵力，连续击破华军的层层防线，直扑长沙；第四十师团与五、十七旅团，渡过洞庭湖，沿湘江的西岸，进攻长沙的西方。日军这样全面的攻势，使得华军在湖南的阵地，全都遭到日军猛烈的攻击，薛岳在长沙东南所部署的反击部队，更是首先陷在日军的多重包围攻势之中，天炉作战计划就完全失去了应变的能力，湖南成为日军全面纵横的战场。

这时候在缅甸原始丛林指挥作战的史迪威，在看到华军全线溃败之后，才“想起”了他还是中国战区参谋长。他于六月八日突然出现在重庆，幸灾乐祸的宣布“中国陷入危机”，接着立刻派员督导美军从桂林的训练中心进行撤退，同时不断设法干预陈纳德的空军后勤支持，并且开始推动接掌华军指挥权，以及寻找可以推翻蒋介石军政领袖的活动。史迪威完全不管这个中国战区作战惨败的灾祸，是谁作出严重错误的情报判断，以及致命的错误作战部署？到底是谁仍在制肘空军出击日军的任务？史迪威居然认为，只有他接掌华军的指挥权，才能在中国地区击败日军，而其它任何对于战场的补救与支持措施，根本无济于事。

由于薛岳军力不足以及布阵错误，加上军方上层的严重内斗，在日军绝对优势兵力的多重攻势与连环包围之下，华军在湖南的整个战局失去了控制。长沙外围的战略据点，很快地就先被日军攻占，六月十四日，日军攻占浏阳，截断了薛岳反攻长沙的外围作战部队；次日陷宁乡，长沙于是受到日军全方位的包围。中国第四军已无法用传统的防御方式，来守住长沙；原本在长沙外围待命的机动部队，先遭到日军的猛攻，已不可能支持长沙的防御作战。这时候，另外一支的日军，更成功地攻占了岳麓山的长沙炮兵制高点。此时守城的华军与敌军的兵力悬殊，制高点又遭日军攻占，外围援军更已被日军主力猛攻而自顾不暇，因此日军终于在六月十八日攻下长沙，而打破了华军过去长沙作战不败的记录。蒋介石在情急之下，下令枪决突围而出的长沙第四军军长张德能，但是仍然无法挽回湖南战局溃败的发展。日军作战计划的另一步棋，就是同时奔袭衡阳。横山勇在日军在还没有攻陷长沙之时，就已经下令第六八师团与一一六师团，绕过长沙外围，马不停蹄的沿着湘江两岸，直接扑向衡阳华军阵地。此时薛岳所指挥的主力部队，则向江西方向败退，根本无法拦截日军的长驱直下，整个第九战区的防卫系统为之瓦解。

这时湖南前线的作战陷入危机状态，蒋介石无法把拥有美式装备以及员额充足的八个军部队，调回东线作战，而眼睁睁地看着自己手下战力不足的部队，在湖南遭到致命的打击。事实上，日军指挥官横山勇最为担心的，就是蒋介石会把这八个军调回，在湖南与日军决战。横山也担心美军会调动一切的空军，支持华军作战，对自己脆弱的补给线进行全面切断的空中攻击。

但是这两个担心都没有发生。因为中国战区的参谋长史迪威，极力阻止中国战区进行反击，并且抬出罗斯福总统与马歇尔助阵，主张当前反败为胜的要务是，由史迪威接掌华军指挥权，最好能够顺带推翻蒋介石政权。由于华军接连在河南与湖南战场的惨败，史氏又早已在重庆政府中，进行各种掺砂子、挖墙脚工作，使得前线部队急于等待后方明确的指挥，以及派军援助之时，后方却陷入全面的权力斗争、指挥系统混乱、以及后勤失控的状况。这时候，拼命为华军出力的，还是指挥美军第十四航空队的陈纳德将军。他设法透过管道向华盛顿反映中国战区所面临的危机，以及史迪威利用机会夺权的真相，无奈当时华盛顿与全球的注意力，都集中在诺曼底登陆战的胜利，因而对于中国战区的恶化逆转，产生极大的轻视与厌恶。