日军已经兵临长沙城下。此时，中国最高统帅部与战场最高指挥官薛岳发生了激烈冲突。二十九日，白崇禧和陈诚抵达株洲以南的渌口会晤薛岳。他们要求薛岳按照蒋介石的命令撤退，说如果坚持在长沙附近发动大兵团作战就是抗命不遵。
各类史学界对这场冲突曾有过大量的描写，说薛岳当场声明他就是要打，打完了再杀也不迟。甚至说薛岳当晚直接给重庆打电话，蒋介石睡了，宋美龄接的电话，薛岳表示打胜了情愿被枪毙，打败了就自杀，总之不计后果一定要打。宋美龄的回答很是温柔，说没有什么抗命之说，委员长能够接受你的意见，尽管好好打便是。
陈诚的回忆是较为可靠的佐证。陈诚的意思很清楚：放弃长沙向后撤退是蒋介石的命令；他坚决站在薛岳一边，与白崇禧唱对台戏，并力促蒋介石改变决定。众所周知，陈诚与白崇禧一向不和。只是，陈诚的反问甚为重要：即使国土再辽阔，退却也有尽头时，那么中国军队究竟在哪里可以不再退却？就在中国军队的前线指挥官与最高统帅部发生冲突的这天，冈村宁次作出一个出乎中国方面预料的重要决定：全线迅速撤退。
冈村宁次事先制订的作战计划确实是一次打了就回来的行动，但那应该是在攻占长沙之后。攻占长沙，至少对中国方面是又一次沉重的打击。但是，此时的冈村宁次已经无能为力了：少量部队突过了捞刀河，前面至少有五个军以上的中国军队在等着。如果现在不迅速撤退，部队就有被重创的危险。三十日，奈良支队的先头部队终于在长寿街与被困阻的第三十三师团会合了，但依旧处在中国军队第七十九军和第二十军的夹击下，再向南突击已经不可能。
而由于赣北的第一o六师团仍被包围在甘坊，冈村宁次不得不命令奈良支队和第三十三师团掉头向东攻击，再把第一o六师团接应出来。在此情势下，接近长沙城的第六师团和上村支队，除了赶快后撤之外已经没有别的选择。十月一日，进至永安的日军首先撤回捞刀河以北。
第十五集团军总司令关麟征发现日军后撤的迹象，当即命令部队尾随：第七十三军向平江推进；第五十二军第二十五师和第一九五师围歼上杉市之敌，并向金井、福临铺和青山市方向跟踪；第五十九师向三姐桥方向追击。六日，抵达修水的日军第三十三师团和奈良支队开始向奉新、靖安和武宁方向全面撤退。九日，中国军队第三十集团军收复修水。
至此，赣北地区基本上恢复了长沙会战开始前的态势。七日，冈村宁次位于咸宁的前线指挥部撤退。湘北正面的日军第六师团和上村支队，四日退到汨罗江，九日退回新墙河以北，也是长沙会战开始前的位置。一九三九年十月十日，第一次长沙会战结束。
冈村宁次在长沙城下的撤退完全是迫不得已：道路全部被中国军民破坏，辎重无法跟上部队，后勤补给发生严重困难，后方的游击部队不断骚扰，当面的中国军队边打边撤，使之始终不能形成合围，且局部的阻击十分顽强。其先头部队突过捞刀河后，如果执意向长沙城进击，不但是否能攻占长沙是个悬疑，第六师团还很可能陷入被围歼的境地。——由此看来，薛岳在日军第六师团当面集结的中国军队实在是太庞大了。
中国方面采取了诱敌深入的战术，给予日军以很大的消耗和打击，但在日军撤退之时没能迅速追击围歼以致丧失了有利战机。中国方面的统计是：第一次长沙会战，毙伤日军二万余人，击落敌机三架。中国军队伤亡三万余人。日本方面的统计是：中国军队“遗弃尸体四万四千具，被俘约四千名”；“我方战死约八百五十名，负伤约二千七百名”。
此次长沙会战，作战双方都没有达成预想作战目标。无论如何，薛岳的抵抗意志令人肃然起敬。不然，让冈村宁次直接攻入长沙，中国军队一直撤到衡阳，甚至不得不退守广西桂林，那么，战场态势又该是如何的难以挽救？
冈村宁次情绪低沉。他晋见了刚刚上任的中国派遣军总司令官西尾寿造，当面提出了他对中国战局的看法。冈村宁次认为，在正面战场上，中国军队的抗战意志主要来自蒋介石嫡系部队里的军官。因此，日本要想不陷入长期抗战的泥潭，唯一的办法就是对中国军队的主力穷追猛攻，决不能再像这次会战一样打了便回来，这样不但对日军的土气有极大的伤害，而且由于日军的撤退，每打一仗中国方面都宣称是一次“大捷”，只会更加鼓舞中国军队的士气。第一次长沙会战，至少给了中国人一次胜利的感觉。