第三次长沙会战时期（1941 年 12 月 - 1942 年 1 月），守长沙城的国民革命军第 10 军的序列如下：

军级主官

• 军长：李玉堂（因第二次长沙会战失利曾被撤职，会战前复职指挥）
• 副军长：余锦源 ； 参谋长：蔡雨时
• 军指挥所位置：位于长沙城内南部湘江岸边的灵官渡，负责统一指挥全军守城作战。

下辖各师具体部署：

第 3 师（师长：周庆祥； 副师长：高魁元； 参谋长： 陶恒）

• 师部位置：长沙城内部的八角亭。下辖团部署：
• 第 7 团陈德坒：驻守城内浏阳门（东门）南侧市区，负责浏阳门南侧区域防守；
• 第 8 团张定国：驻守城内浏阳门北侧市区，负责浏阳门北侧区域防守；
• 第 9 团萧圭田：驻守南门外东侧的妙高峰、老龙街、严家岭地区，归预备第 10 师指挥，协同防守南郊外围。

• 师部位置：长沙城北经武门城外。下辖团部署：
• 第 568 团陈家厚：驻守湘雅医院以南至南华女校的城东北铁路沿线地区，负责城东北铁路线防御；
• 第 569 团符致豪：驻守湘雅医院及留芳岭以西的江岸区域，防守城北江岸线；
• 第 570 团李芝：驻守湘雅医院至南华女校铁路以东的杜家山、陈家山，一部兵力部署在南华女校，增强浏阳门以北区域的防守力量。

预备第 10 师（师长：方先觉；副师长：孙明瑾；参谋长：陈德明；参谋主任：陈飞龙）

• 师部位置：长沙南门内的南正街附近。下辖团部署：
• 第 28 团陈希尧：驻守南门外铁路以东的小跳马涧附近，负责南郊前沿阵地防守；
• 第 29 团孙明瑾：驻守南门外铁路以东的东瓜山一带，承担南郊核心阵地防御；
• 第 30 团葛先才：驻守南门外铁路以东的黄土岭、乌岭冲、太乙寺、红豆嘴、周家冲一带，作为南郊阵地的延伸防御力量。

军直属部队：含炮兵团（部署于岳麓山，支援守城作战）

会战期间增援：第 73 军第 77 师（1942 年 1 月 3 日渡过湘江，归第 10 军指挥作为总预备队）

第三次长沙会战的结果：中国方面宣布：日军伤亡遗尸 56944 人，俘虏 139 名。中国军阵亡 11259 人，负伤 14779 人，失踪 2042 人，共计损失 28116 人。日本方面公布的数字：日军战死 1462 人，负伤 4029 人，共计伤亡 5491 人。

此战后，第十军3个师均获得嘉奖，授予飞虎旗。

李玉堂将军被任命为第 27 集团军副总司令。

预备第 10 师师长方先觉将军，紧随其后，递补升任第 10 军军长。葛先才和孙明瑾，也同时被提升为预 10 师副师长和师长。