第20軍團遂即命第52軍和剛到的第57軍一道圍攻坂本支隊，經數日激戰，予日軍以重創，使坂本支隊救援瀨谷支隊的計劃落空，據日軍《步兵第10團戰鬥詳報》記載，臺兒莊中國守軍“決死奮戰之狀歷歷在目”，“士兵依靠塹壕頑強抵抗直到最後”，塹壕中屍山血河，“睹其壯烈者亦為之感嘆”。＇［日］防衛廳防衛研究所戰史室：《中國事變陸軍作戰》（2）。朝雲新聞社，1976年版，第36頁。＇

4月3日，中國軍隊向臺兒莊之日軍發起攻擊。日軍拼力爭奪，佔領了市街大部。守軍逐次反擊，展開街壘戰，奪回被日軍佔據的市街。雙方陷於苦戰。5日，蔣介石電湯恩伯：“臺兒莊附近會戰，我以十師之眾對師半之敵，歷時旬餘未獲戰果。該軍團居敵側背，態勢尤為有利，攻擊竟不奏效，其將何以自解？急應嚴督所部於六、七兩日奮勉圖功殲滅此敵，毋負厚望。”＇中國第二歷史檔案館：《抗日戰爭正面戰場》上，江蘇古籍出版社，1987年版，第608頁。＇

6日晚，中國軍隊全線攻擊，第2集團軍和第20軍團圍殲被圍之懶谷支隊。

戰至7日凌晨，除一部日軍突圍至嶧具附近固守待援外，將被圍之敵全部殲滅。

臺兒莊戰役是中國軍隊取得的一次重大勝利。在歷時半個多月的激戰中，中國軍隊付出了巨大犧牲，參戰部隊4。6萬人，傷亡失蹤7500人，殲滅日軍1萬餘人。它沉重打擊了日本侵略者的兇焰，極大地鼓舞了全國軍民堅持抗戰的必勝信心。

三、徐州外圍戰及中國軍隊撤退

臺兒莊戰役中，日軍大本營發現中國在徐州地區集結重兵集團，認為是給中國軍隊主力一大打擊、挫傷中國軍民抗戰意志的好機會。

4月7日，日軍大本營陸軍部制訂《徐州附近作戰指導要領案》，決定華北方面軍以第5、第10、第14、第16師共4個師，向隴海沿線進攻，封鎖蘭封（今蘭考）以東地區，切斷中國軍隊退路，以主力南下進攻徐州，以1個師從蘭封向商丘方向進攻，切斷中國軍隊退路；命華中派遣軍以第9、第13兩個師從南面策應華北方面軍作戰。企圖一舉消滅中國軍隊主力，並佔領徐州要地和津浦鐵路全線。

為協調華北、華中日軍的軍事行動，4月中旬，日軍大本營還派出以參謀部作戰部部長橋本群少將為首的“大本營派遣班”到中國，進行協調和聯絡，指導南、北兩兵團作戰。

臺兒莊大捷後，蔣介石決定“擴大臺兒莊戰果”，遂將各戰區精銳部隊大批調往徐州，準備在徐州地區同日軍進行決戰，使第5戰區的總兵力由初期的29個師增加到64個師另3個旅，約45萬人。李宗仁將第5戰區軍隊編為5個兵團：3個軍組成淮南兵團，由李品仙任司令；4個軍組成淮北兵團，由廖磊任司令；9個軍組成魯南兵團，由孫連仲任司令；3個軍組成隴海兵團，由湯恩伯任司令；2個軍組成蘇北兵團，由韓德勤任司令。各兵團以徐州為中心，分別阻擊日軍。

5月中旬，日軍開始進攻徐州。在徐州北戰場，5月12日，日本華北方面軍第1集團軍第14師從濮縣地區南渡黃河，以一部到內黃集附近，截斷了隴海鐵路交通線。5月9日，日軍第16師從山東濟寧南下，向碭山、唐寨地區疾進，從西面攻擊徐州。5月15日，日軍第5師在魯南同中國軍隊激戰數日後，渡運河，向宿縣推進，爾後進攻徐州。在徐州南戰場，5月5日，日軍華中派遣軍開始北進。5月9日，第13師攻佔安徽蒙城，13日到達徐州西南的永城，從西南面包圍徐州。5月10日，日軍第9師北上，經蒙城、永城向徐州西南地區進攻，16日進入蕭具附近地區，逼近徐州。從南京附近參戰的日軍第3師也隨之沿津浦鐵路急速北進，5月15日陷大營集之後，即在第9師右翼支隊配合下向徐州推進。至此，南北兩路日軍完成了對徐州地區的包圍。

中國第5戰區部隊在徐州附近地區進行了逐次激烈的抵抗，但未能擋住日軍的攻勢。中國軍隊第23師師長李必蕃率部在魯西菏澤戰鬥中，壯烈犧牲。中國軍隊第173師副師長周元率2000官兵在皖北蒙城防禦日軍進攻，拼死激戰，周元和大部分官兵壯烈犧牲。在徐州處於日軍四面臺圍的險惡形勢下，為了儲存有生力量。國民政府軍事委員會於5月15日決定放棄徐州。

16日，第5戰區下達撤退命令，以劉汝明的第68軍于徐州掩護撤退，以第24集團軍留蘇北，第69軍及海軍陸戰隊在魯南、魯中進行遊擊作戰，主力分5路向徐州西南方向突圍。各路大軍突破日軍