1944年5月，日军发动豫湘桂战役，第四次进攻长沙。早在战前，第九战区第一线部队和敌后挺进纵队等部队的情报就显示，日军部队调动频繁，将鄂南、湘北、赣北一带的一些道路完全封锁，不允许中国人通行。种种情况都显示，日军正在调集兵力，准备发动更大规模的进攻，调集参战的兵力可能超过前三次长沙会战。而且，日军这次不仅是像前三次长沙会战一样，只在洞庭湖以东有动作，在洞庭湖方面也有汽艇等渡河器材，说明这次日军来者不善，企图不小。
但这些情报汇总到第九战区司令部，薛岳却无动于衷，丝毫不为所动。为什么呢？薛岳认为，第三次长沙会战中日军伤亡惨重，不敢再来打长沙了。第三差长沙会战之后，日军仓皇撤退，确实伤亡比较大，战后国军也进行了大量的宣传。但国军的宣传一向来是夸大对方伤亡数字，隐瞒自己的伤亡数字。所以，国军的宣传一向来可信度很小。但谎言重复一百遍，在别人那里还是谎言，到了薛岳这里，就变成了事实。他就真的相信，他的天炉战法已经把日军打疼了，不敢再来进攻长沙。
面对这个情况，当时的第九战区参谋长赵子立提出了三种作战方案，他认为上策是逐次抵抗之后，在衡阳附近决战，而不应该故技重施，再在长沙决战。白崇禧此时刚替代李济深出任桂林行营主任，有指挥第九战区之责，白崇禧也要求薛岳将战区部队在逐次抵抗之后，向广西境内的桂林、柳州一带集中，在这一带与日军进行决战。但薛岳坚决表示他不去给广西守大门，不肯服从白崇禧的命令，仍然固执的坚持要和第三次长沙会战一样，各部队逐次抵抗之后就转向外线，破袭日军后勤补给线，再向长沙进行求心攻击，在长沙决战。
在第三次长沙会战中表现英勇的第十军此时驻守在衡阳、衡山一带，在长沙驻守的是第四军张德能部，原来的第四军军长欧震此时已经升任二十七集团军副总司令。第十军也有人事变动，原任军长李玉堂在第三次长沙会战后因功升任兵团司令，原任预备第十师师长方先觉升任第十军军长。在日军开始进攻之后，赵子立就劝薛岳不要准备与日军在长沙进行决战，所以不必死守长沙，应该将第十军主力用在湘江以西的岳麓山进行防御，如果岳麓山守不住，长沙也就守不住了。但薛岳铁了心要在长沙决战，坚持让第四军把两个师摆在湘江以东的长沙城区，岳麓山只留一个师。
天炉战法的关键在于八个字，后退决战，争取外线。前三次长沙会战能够成功，都是因为日军兵力不足，所以进攻正面不足以覆盖国军的防御线，才让国军第一线部队能够在逐次抵抗之后从容转进山区隐匿，坐等日军突进之后，再从后方杀出，先破坏日军后方交通线，断绝日军后勤补给，再向长沙方向衔尾追击，在长沙的外围将日军包围之后进行歼击。这就是说，天炉战法的要点是两个方面，第一个方面是第一线部队能够成功转入外线作战，第二个方面则是长沙能够守住。
但这次日军志在打通大陆交通线，所以是以攻城略地为目标，而不是像前三次一样，以打击国军主力兵团为目标。所以，日军这次开始进攻以后，是分三路同时并举，而且都是缓缓推进，稳扎稳打，逐步将国军东西两线部队向南压迫，没有给国军第一线部队留下转入外线作战的空间和机会。而且，日军中路和东路已经击溃了国军第一线部队，也不马上深入，而是一边修复道路，恢复交通，保障后勤补给线，一边等待西线日军先逐步排除国军的封锁线和地雷。所以，东路的二十七集团军、三十集团军很快就完全被日军压迫向南转移了，而没有能够向北转入日军侧背进行外线攻击，西线王耀武的二十四集团军也被日军西路阻止在益阳地区，无法向长沙靠拢。
日军显然吸取了第三次长沙会战的失败教训，所以这次进攻长沙并没有以城区为主攻方向，而是以攻占湘江西岸的岳麓山为主攻方向。军委会也发现日军这次大举进攻来者不善，因此要求薛岳将第九战区司令长官部向湘西转移，掩护大西南的安全，但薛岳又坚决拒绝去给重庆守大门，而是准备向东转移，万一不行了就去江西拉部队打游击。战区只剩下赵子立留在长沙，住在岳麓山。赵子立发现日军稳扎稳打，万一岳麓山有失，长沙也守不住，就要求第四军军长张德能将部队的主力转到河西岳麓山来进行防御。张德能先是推脱，后来才说，这是薛长官的命令，他不敢抗命。
日军开始进攻长沙之后，第一天战况还比较稳定，但赵子立判断日军主攻方向在岳麓山，所以建议张德能将主力撤到河西来，万一长沙失守，还可以向西撤退，去和王耀武汇合。张德能这时候也发现情况完全和第三次长沙会战不同了，他再和第三次长沙会战中的第十军一样，在长沙城区和日军死拼，也是孤军死守，因为外线部队已经完全被日军击溃，正在向南转移，并没有能力救援长沙。所以，张德能无奈之下，就同意了赵子立的意见，只留一个团在城区防御，其余部队都渡河向西转移，准备到岳麓山防御。但张德能因为疲劳过甚，部队渡河的时候他睡着了，负责指挥渡河的副军长没有掌握好部队，日军发现了国军的企图，又以飞机和大炮猛攻，第四军马上全线崩溃，一哄而散，赵子立和张德能只能赶紧逃走。
也就是说，长沙失守和第四军突然溃散，主要责任并不在赵子立和张德能，而是在薛岳的错误指挥和部署上。如果说张德能有什么责任的话，主要就是反应比较迟缓，错过了调整部队部署的时机，在日军已经开始攻击之后才开始调整部署，已经来不及了，之后又在战斗进行中渡河，被日军攻击，没有能够掌握好部队，导致部队溃散。但他们两人到了耒阳后，薛岳又让他们到重庆去接受军委会军法执行总监部去接受审判，赵子立因为事先曾通过王瓒绪和白崇禧表达过他的意见，所以活动一番之后并未被判刑，而张德能就成了倒霉蛋，本来军法执行总监部拟定的判决是终生监禁，但到了蒋签批的时候，直接改成了枪毙。
薛岳出身粤军，而第四军是粤军的老部队，又在北伐中打出了铁军的名声，所以薛岳在第九战区作战时一向非常注意对第四军的掌握和控制，一直是由战区直辖指挥的，而不编入其它的集团军指挥序列。第三次长沙会战中，第十军在长沙的成功防御让第十军声名大振，但在常德会战中又被日军击溃，伤亡惨重，退到了衡阳一带整顿补充，所以薛岳就将他心目中战区战斗力最强的第四军安排守长沙，也好让第四军再好好的露一次脸，结果没想到他的错误判断和指挥不仅没能让第四军露脸立功，反而搭上了张德能的小命。当然，他的死本身也是蒋发泄他对薛岳不听指挥的不满。
此战过后，薛岳地前三次长沙会战和万家岭大捷攒起来的威信大受打击，原来由他指挥的三十集团军王陵基部基本上脱离了第九战区的指挥，不再服从他的命令，其他部队也都对薛岳的指挥不再相信了。
