云山的进攻，是换防前的例行攻势。
于是于9日18时命令第4军确保大云山，命令第58军派出部队协同第4军作战，并命令第20军准备从通城向西侧击日军，乘日军换防时给以打击。
1941年9月9日至10日，日军第6师团主力继续向大云山东侧猛攻，守军虽奋力抵抗，但因日军兵力、火力均处于优势，堵击无效，乃弃守大云山。
10日，第6师团主力认为已完成扫荡任务，撤离大云山，向桃林方向集结，其第13联队则在甘田、团山坡附近被中国第102师和第59师一部所阻，陷于苦战。
同日，中国第58师收复大云山阵地，向大云山增援的第37军第60师亦已到达战场，第27集团军遂命新编第10师、第59师、第60师包围并歼灭当面日军，定于次日拂晓开始攻击。
11日，正当这3个师与第13联队激战时，由咸宁西进的日军第40师团重松支队（以1个步兵联队为基干组成）赶到甘田，接应第13联队向草鞋岭撤走。
12日至14日，中国军队继续向重松支队展开进攻，双方在甘田、团山坡的狭小区域内互相争夺，伤亡均重。
此时第九战区仍未判明日军进攻长沙的企图，依然认为日军向杨林街以北的甘田进攻是掩护其撤退的动作。
薛岳14日致电老头子称:日军“扫荡我大云山后，南渡新墙河窜扰。经判断敌又使上高时第33师团以进为退之故伎“。
15日，日军又以刚从赣北开来的荒木支队增援，战斗极为激烈。这时，第九战区发现日军已有4个师团以上的兵力集结于湘北，方发现日军有即向长沙发动大规模进攻的迹象，遂令第27集团军主力向新墙河以南转移，大云山战斗至此结束。
这时候，重庆的军方高层才明白了日本人的意图。
“娘稀匹！小日本的大云山地区的战斗意在掩护进攻长沙的部队集结，我们上当了。”老头子气得将手中的水杯甩在地上。
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