部隊分成兩路，左路由蔣超雄親自指揮，右路由副師長方先覺指揮。
在經過一晝夜的激烈戰鬥後，由方先覺率領的右路成功奪取了陳家大山右側高峰，但是由于左路進攻失利，緻使右翼受到嚴重威脅。
最終，方先覺又被迫放棄了陣地，全線撤退。
戰後，師長蔣超雄被撤職，而在戰鬥中有功的方先覺則順理成章的升任師長。
方先覺從接任師長的那一天起，即針對部隊軍官素質差、士兵戰鬥力弱的弱點，對部隊進行了改組。
首先他将部隊裡連以上軍官全部換成由黃埔軍校畢業的學生和有作戰經驗的軍官；其後對部隊加緊訓練，嚴整軍紀，使全師軍風紀大為改觀。
同時他還在師部設立了軍樂隊，豐富了部隊的生活。
1941年，正當部隊駐防株州、渌口時，日軍由武漢出動，越過新牆河向南進犯。
第9戰區司令長官部立即命令第10軍盡速開赴湘北，阻擊日軍。
預備第10師在調防株州時撥屬第10軍序列，官兵們接到命令後經連續三天的急行軍到達平江縣金井鄉。
就在金井，師長方先覺接到司令長官部命令，奉命“就地構築工事，準備迎擊來犯之敵”。
第二天一早，預10師陣地即遭受日軍的猛烈進攻，全體官兵在師長方先覺的領導下與日軍殊死作戰，雖然損失慘重，但是仍有效的遲滞了日軍對長沙的進犯。
然而由于第10軍當面的日軍達3個師團的優勢兵力，第10軍所屬3個師最終還是撤出了陣地。
戰後，第10軍軍長李玉堂因為擅自撤退受到了撤職的處分。
而預10師，則因為與日軍一晝夜的血戰，有效破壞了日軍進占長沙的企圖，卻受到蔣介石的嘉獎。
師長方先覺則在部隊後撤整訓中，總結經驗，強調官兵要在任何艱苦驚險的環境下穩紮穩打，堅定其“我不怕敵，敵必怕我”，“能堅持就是勝利”的信念。
後來這一信念以後成為了預10師乃至第10軍的作戰理念。
1941年底，在武漢的日軍再次出擊長沙，揚言出兵43萬，必至長沙過新年。
此時第10軍由于新任軍長鐘彬遲遲未到任，蔣介石急電前任軍長李玉堂繼續指揮第10軍固守長沙。
而李玉堂則臨危授命，以“戴罪之身，又肩重任”。
12月28日，預10師師長方先覺根據軍部作戰方案，在師部召開緊急會議，報告敵情。
他在會上說：“此次固守長沙的任務，雖艱巨而必達成”。
同時他指示師部各處和所屬各部應立即做好戰鬥準備。
在軍部召開的作戰會議上，方先覺堅持不當預備隊，要求軍長李玉堂授予固定任務，如不達成，願受軍法制裁。
李玉堂經過再三