В последней декаде августа 1941 г. японцы начали перегруппировку и сосредоточение войск для броска на Чанша. Большинство дивизий, вошедших в наступательную группировку, были сняты с фронта 5-го и 6-го военных районов. Телеграммы командующих этими районами начиная с конца августа доносили о больших встречных перебросках войск из района Ханькоу в бассейн реки Ханьцзян и обратно. Встречный характер перевозок объяснялся тем, что японцы меняли дислокацию частей, сосредоточивая под Чанша наиболее сильные подразделения. Основным местом сосредоточения японских войск, участвовавших в операции, стали г. Иочжоу и район восточнее него.
Разрабатывая Чаншаскую операцию, японское командование ставило следующие задачи:
1) Разгром главных сил 9-го военного района. Добившись этого, японцы на продолжительное время обеспечивали ханькоуский плацдарм от возможного наступления китайцев с юга. В свою очередь, это позволяло им в дальнейшем снять часть сил с Центрального фронта и использовать для новых военных акций.
2) Захват Чанша выводил японцев в рисопроизводящие районы провинции Хунань, создавал угрозу Хэньяну, а следовательно, и тыловым коммуникациям китайцев.
3) Дальнейшее наступление японцев к югу от Чанша при одновременном выдвижении к северу от Гуанчжоу создавало угрозу соединения Центрального и Южного фронтов по Гуанчжоу-Ханькоуской железной дороге.
План японского командования сводился к следующему: главный удар наносился левым флангом к юго-западу от Пинцзяна в общем направлении на Чжучжоу (южнее Чанша). Этим самым охватывались главные силы 9-го района. В дальнейшем совместными усилиями левофланговой и центральной групп предполагалось прижать китайские войска к озеру Дунтинху и здесь их уничтожить. Для того чтобы сковать китайские войска и не дать возможности китайскому командованию частично перебросить их на Центральный фронт, японцы начали наступление на севере, в районе Чжэнчжоу, и на юге, в районе Гуанчжоу. Таким образом, помимо воли гоминьдановского командования активные военные действия начались на всех трех основных фронтах Китая — Центральном, Северном и Южном.
Ситуация складывалась серьезная. По оценке самих китайцев, успешное завершение японцами Чаншаской операции могло очень тяжело отразиться на дальнейшем ведении войны Китаем. В случае успеха японцы могли захватить всю юго-восточную часть страны и создать угрозу окружения армий сразу трех районов. Крупных дополнительных сил для парирования удара японцев у Чан Кайши не было; кроме того, он боялся, что некоторые его генералы со своими войсками переметнутся на сторону противника. Бросить в бой последние резервы — 5-ю и 6-ю армии — Чан Кайши едва ли бы решился.
Забегая вперед, следует сказать, что китайское командование свой контрплан выработало уже в ходе японского наступления. В разработке этого плана важная роль принадлежала советским советникам. В основном он сводился к нанесению сильного флангового удара с востока на запад по главной группировке японцев. Кроме того, было начато наступление войсками района, которое стало важным фактором полного провала наступления японцев на Чанша.
Переход в наступление войск 6-го района был подготовлен всей предшествовавшей работой, проделанной советскими военными советниками. Как уже говорилось, именно ими был разработан план так называемой Ичанской наступательной операции. Без этой работы, в ходе которой преодолевалось сопротивление капитулянтских элементов среди китайского высшего генералитета, происходили подтягивание артиллерии, перегруппировка войск и нацеливание их на конкретные объекты, активные действия китайцев в 6-м районе были бы обречены на неудачу.
С японской стороны в наступлении на Чанша приняли участие четыре пехотные дивизии, две отдельные бригады, части 3-го механизированного полка, артиллерийская бригада, горный артиллерийский полк и авиачасти — всего около 102 тыс. человек. С китайской стороны в операции участвовало десять армий (около 270 тыс. человек). Японцы ввели в бой 1690 пулеметов, 415 орудий, 80 танков, 40 бронеавтомашин, около 200 самолетов, китайцы — 4700 пулеметов, 19 самолетов.
Всю операцию можно разделить на четыре этапа: первый — форсирование японцами реки Синьцзян и выход их на северный берег реки Мило; второй — форсирование японцами реки Мило и борьба за плацдарм Укоу — Ванцзянцу — Фулинпу — Цзиньцзян (на ее южном берегу); третий — выход главных сил японцев к Чанша (в районе Хуанхуаши — Юнаньши), удар китайцев с фланга и тыла по главным силам японцев, начало наступления китайских войск в 5-м и 6-м районах; четвертый — первые успехи китайцев на фронте 9-го и 6-го районов, отход японских войск от Чанша.
Чаншаской операции предшествовали бои разведывательного характера, начатые японской 6-й пд в районе горы Даюнынань (западнее Тунчэна). С китайской стороны в этих боях участвовали части 58-й армии. В ходе этих боев никаких существенных изменений в положении сторон не произошло.
К 12 сентября 1941 г. японцы, закончив сосредоточение своих войск, создали две ударные группировки. Главные силы в составе частей 3, 6, 40-й пд и полков 33-й пд, наступая двумя колоннами, наносили удар западнее Пинцзяна в общем направлении на Чжучжоу, охватывая основные силы 9-го района.
Другая группа (части 4-й пд и бригада 13-й пд) наступала в лоб на Чанша вдоль Гуанчжоу-Ханькоуской железной дороги. В состав этой группы входили части морской пехоты и кавалерийский полк, которые действовали на побережье оз. Дутинху.
Во второй половине дня 15 сентября японские войска, не встретив сильного сопротивления частей 4-й и 58-й китайских армий, форсировали реку Синьцзян. К исходу дня на южный берег было переправлено около 10 тыс. японских солдат. 15–19 сентября шли бои в междуречье рек Синьцзян и Мило. К этому времени японцы переправили через реку Синьцзян все свои силы и продвигались в направлении Синьши, Гуйи, Укоу. Гоминьдановские 4, 20 и 58-я армии отходили на северный берег реки Мило (Мишуй).
Одновременно с юга к реке Мило подходили части 10, 26 и 37-й гоминьдановских армий, которые заняли оборонительный рубеж на линии Цзиньцзян — Фулинпу. 19 сентября японские авангардные части вышли к реке Мило и заняли Гуйи. Накануне японцы высадили десант в районе Интянь, а также захватили Туншань.
Части 4, 20 и 58-й гоминьдановских армий, пытавшиеся остановить наступление японцев, успеха не имели. Однако они все же сумели выиграть время: японцам понадобилось трое суток для того, чтобы выйти на северный берег реки Мило (темп их продвижения составлял в среднем 15–20 км в сутки). Это обстоятельство позволило частям 10, 26 и 37-й армий подойти к южному берегу реки Мило к тому времени, когда японцы вышли на ее северный берег.