到10月20日，第一次长沙会战以中国军队的胜利告终。在这次会战中，第九战区各部队在薛岳的指挥下，顽强奋战，粉碎了日军围歼中国军队主力的罪恶企图，取得了抗日战争中城市保卫战的第一次胜利。但关于这次战役，中日两军公布的战报大相径庭。据中国方面统计，是役歼敌3万余人，中国军队则伤亡40293人，双方物资损失均严重。而日军公布的数字为：中国军队在战斗中遗尸44000余具，被俘4000人，而日军战死约870人，负伤约2700人。不过，据第九战区参谋处副处长赵子立和其他一些参战的中国军官在40年后回忆，中国军队是抵抗，且有既设阵地可供利用，日军是攻者，常暴露于我阵地前，其伤亡不比中国军队少。从日军的资料和将领战后来的回忆来看，他的说法应有一定依据。由于在湘赣地区的作战中表现不佳，1940年年初，101师团和106师团被调回日本。4月，106师团这支日本军界公认的“弱旅”被解散。直到1945年战败投降，日军也再没有启用这个令他们感到耻辱的番号。这支部队的师团长中井良太郎也得到了个有名无实的奖章，被打发回家赋闲去了。即便如此，日军及其将领后来在描述此战时，大多仍然掩败为胜。不过，中国军队在是役中所表现出的顽强却是他们不得不承认的。11月14日，敌酋冈村宁次向军部提交的《关于迅速解决日华事变的作战意见》中认为：“敌军抗日势力之中枢既不在于中国四亿民众，亦不在于政府要人之意志，更不在于包括若干地方杂牌军在内之200万抗日敌军，而只在于以蒋介石为中心、以黄埔军官学校系统的青年军官为主体的中央直系军队的抗日意志。只要该军存在，迅速和平解决有如缘木求鱼。”他的作战主任参谋宫崎周一也承认：此次作战日军的伤亡数字是战前估计的三倍多，并且“敌退却较早，敌将领似欲避免兵力消耗。结合一两个月后敌发起的‘冬季攻势’来分析，证明敌之抵抗意志，不容低估。”日本防卫厅战后编的《长沙作战》中也说，会战中重庆方面“将战区直辖的第11师直接配备于长沙湘江西岸岳麓山，并命第4、第70、第87军等的数师担当长沙附近的防卫任务”，这实际上否定了重庆方面“决心放弃长沙”的说法，含蓄地承认日军没有达到作战目的。

　　日军撤退了，那个战前试图强迫薛岳退出长沙的白崇禧却风风光光地回来了。薛岳一听到这个消息，非常不高兴，耷拉着脸对赵子立说：“敌人进攻时，他不来，敌人退却时，他来了。我们几夜没有睡好觉了，刚睡好，他来找麻烦。”他在火车站见到白崇禧后，寒暄了几句，就想让白崇禧下不了台，说：“这次作战，兵力不够用，我能力也不成，所以仗打不好，这个责任，我负不了，请主任来亲自指挥吧！”搞得白异常尴尬，一个劲儿地用手摩挲脑袋。还是身边的王泽民出面替他解了围，他接过话头，称赞了薛岳这次指挥卓越，并说：“困难已经过去，还需要解决的问题，健公（白崇禧字健生）一定和中央商议解决。”薛岳不等白的列车开走，就向白告辞，同赵子立一起下车回去了。白崇禧讨个没趣，就调转车头回桂林去了。赶走了白崇禧，薛岳回到司令长官部。这时，机要室秘书易祖洛交了张假条，说自己一家老小上十口人，因躲避日军，由湘阴营田空身逃到湘阴南塘，寄居于同学家中，特请假去探望母亲。薛岳大笔一挥批示道：“准假，并给四百元，作为慰安祖母之用。”