5月27日拂晓，在湖南北部水网密布的洞庭湖地区，日军战役总指挥横山勇发出进攻的指令。
此次日军的进攻兵力高达八个师团又一个旅团，总兵力36万人，在战力上拥有前所未有的绝对优势。在横山勇的军事指挥生涯中，这还是他第一次指挥如此强大的进攻兵团。日军的战役计划胃口大得惊人，国军方面严重估计不足，认为此次战役充其量是个第四次长沙会战。事实上横山勇的目光早已越过长沙，在他眼中，长沙早已是囊中之物，这一点已经没有任何悬念了。这次日军进攻兵团的作战纵深，按计划应该延伸到衡阳以南，其中包括占领衡阳。因此，横山勇在兵力优势及作战规模上，都早已超越了薛岳“天炉战法”的架构。
按照横山勇的战役计划，由齐装满员的五个师团组成的一线兵团分三路同时发起攻击。左路兵团由第3、第13师团组成，从崇阳出发，沿湘赣边界的山岳地带向南攻击，大迂回长沙的东南方，先攻占浏阳，再包抄长沙后侧。其目的是将薛岳的外线兵团兜进圈内，同时也能阻击江西的国军部队跨境支援第九战区。更阴险的是，左路兵团后面还跟着由27师团组成的第二梯队，这支第二梯队与攻击部队沿同一路线出发，两军相隔仅一天的路程。
中路兵团由第68、第116师团组成，沿粤汉铁路南下，从岳阳地区突破国军20军正面防线，直扑长沙。中路兵团的后方也跟着第二梯队，由第58、34师团组成。
横山勇在中线摆上如此众多的兵力，是隐藏着重大战略意图的。正如蔡继刚所料，横山勇决定在日军包围长沙的同时，对衡阳也进行远距离奔袭，趁国军全力保卫长沙时，出其不意一举攻占衡阳。
右路兵团的成分比较杂，是由第40师团、独立步兵106联队、独立混成第17旅团、独立第5旅团、海军舰队和海军陆战队组成，任务是从洞庭湖区的南县出发，沿湘江西岸的河网丘陵地带向南攻击，从侧后方突袭长沙城的制高点——岳麓山阵地。右路兵团的战术价值是把薛岳的左翼外线兵团兜入圈内，同时也可阻击常德方向的国军驰援。
横山勇不愧是将才，他对得起领章上的两颗金星，在排兵布阵、组织规模空前的大进攻同时，还通过各种方式进行大规模的战略欺骗行动，他通过传递假情报等手段，有意透露出日军的作战目标，是沿着长江西进，进攻重庆，或是准备再度进攻常德。这一战略欺骗行动基本达到了目的，重庆国民**一时难辨真伪，不得不加以重视。蒋介石特地将精锐的卫戍部队