在重慶，蔣介石接到薛岳所部連續(xù)后撤的報告，非常不安，以為部隊無力抵擋，信心大減。在白崇禧（時任桂林行營主任，負責(zé)長江以南的作戰(zhàn)指揮）的建議下，他決定讓薛岳相機放棄長沙，退到衡陽決戰(zhàn)。他派陳誠和白崇禧連夜入湘。此時，陳的身份是軍委會政治部部長兼第九戰(zhàn)區(qū)司令長官，軍銜為二級上將。

陳、白二人在淥口第九戰(zhàn)區(qū)臨時指揮部見到了薛岳，向他傳達蔣的棄守長沙的方案。他們沒有料到，薛岳堅決反對棄守長沙：“我們正準備反攻，怎么又叫我們撤退？”原來，在陳、白到來之前，薛岳正在悄悄部署一場對日軍的圍殲戰(zhàn)——將日軍誘至長沙郊區(qū)實行反包圍，進而將其殲滅。此刻，各路大軍正在向各指定位置運動。

薛岳向兩位長官陳述了自己的作戰(zhàn)計劃。白崇禧問：“你能保證反攻一定成功嗎？到時候反被敵軍吃了，這個責(zé)任你承擔(dān)得起嗎？”薛岳說：“我當(dāng)然會用腦袋擔(dān)保。而且我認為成功有一定的把握。再說軍人守土有責(zé)，怎么能輕言撤退？”白崇禧仍然不同意薛岳的方案：“持久抗戰(zhàn)，來日方長，現(xiàn)在保全實力為急務(wù)?！毖υ兰拥卣f：“如果這樣，我上無以對中央，下無以對國人，從今以后我不敢再穿軍衣了１

陳誠覺得薛岳說的并非沒有道理。見薛白兩人還在爭論，陳誠說：“伯陵說得也有道理，汨羅不戰(zhàn)，退長沙；長沙不戰(zhàn)，退衡陽；衡陽不戰(zhàn)，退桂林，如此退卻，我們的土地也有盡頭，究竟在何地可以一戰(zhàn)？這樣吧，不如且就當(dāng)前敵我情勢，研究我軍有無一戰(zhàn)的可能？”①他和白崇禧商量，一面讓薛岳繼續(xù)準備反攻，一面將薛岳的決心和當(dāng)時的軍情上報，讓蔣介石定奪。白崇禧不便再堅持，同意了陳誠的意見。

9月29日，一部日軍已竄至長沙以北30多公里的永安市，長沙城已隱聞炮聲。10月2日，蔣介石終于批準薛岳的圍殲日軍的方案。薛岳隨即下令對深入之?dāng)硨嵤┓垂??？墒峭砹艘徊?，日軍似乎已察覺到中國軍隊的意圖，開始撤退。于是，中國軍隊的反攻成了一場追擊戰(zhàn)，追擊中消滅了少量敵軍，大部日軍渡過汨羅江，撤回原陣地。至10月14日，贛北、鄂南、湘北各戰(zhàn)場均恢復(fù)到戰(zhàn)前態(tài)勢，第一次長沙會戰(zhàn)結(jié)束。

在第一次長沙會戰(zhàn)中，陳誠雖然沒有直接參與戰(zhàn)事指揮，但前期制定的破壞道路的辦法發(fā)揮了重要作用。他后來評價長沙會戰(zhàn)說，“徹底破壞道路辦法關(guān)系成敗亦巨，因為敵人的優(yōu)勢裝備在交通阻塞的情形之下無法運用，以至敵我在裝備方面已無顯著差別。裝備既然拉平，在地利人和方面，敵則處于絕對劣勢，如此我勝，敵敗，不亦宜乎？”

此外，在是棄是守長沙的決策上，陳誠幫了薛岳一把，成就了后來的“長沙大捷”，也成就了薛岳的赫赫戰(zhàn)功。第一次長沙會戰(zhàn)后，薛岳由代理長官提升為第九戰(zhàn)區(qū)總司令。陳誠改兼第六戰(zhàn)區(qū)司令長官，負責(zé)湘江以西的防御。