臺兒莊地區作戰　3月20日,日軍第10師瀨谷支隊南進連陷臨城(今薛城)、棗莊、韓莊後，不顧第5師和第10師長瀨支隊在其兩側進攻受阻，孤軍深入，向臺兒莊突進，企圖一舉攻佔徐州。李宗仁以第2集團軍總司令孫連仲率部固守臺兒莊，第20軍團軍團長湯恩伯率部讓開津浦鐵路正面，轉入蘭陵及其西北雲谷山區，誘敵深入,待機破敵。3月23日，日軍由棗莊南下，在臺兒莊北側的康莊、泥溝地區與守軍警戒部隊接戰。24日起，日軍反復向臺兒莊猛攻，多次攻入莊內。守軍第2集團軍頑強抗擊,與日軍展開激烈的爭奪戰。第五戰區以第20軍團主力向臺兒莊機動，拊敵側背，與第2集團軍形成內外夾擊之勢，並令第3集團軍進至臨城、棗莊以北，斷敵後路。日軍為解臺兒莊正面之危，速以第5師坂本支隊(相當於團)從臨沂馳援,進至蘭陵北面的秋湖地區，即被第20軍團第52軍卷擊包圍。4月3日，第五戰區發起全線反攻，激戰四天，殲滅日軍瀨谷支隊大部、坂本支隊一部共萬餘人。其餘日軍殘部于7日向嶧城、棗莊撤退。

　　徐州附近地區作戰　中國最高軍事當局令第五戰區集中兵力於徐州附近，準備再次聚殲日軍。日軍改以部分兵力在正面牽制對方，主力向西迂迴，企圖從側後包圍徐州，殲滅第五戰區主力。4月18日，日軍第10、第5師分別從山東嶧城(今屬棗莊)和臨沂西北的義堂地區南進，對守軍第2集團軍和第20、第3軍團及第27軍團第59軍實施牽制性進攻。守軍頑強抗擊，至月底，將日軍阻止在韓莊、邳縣(今邳州)和郯城一線。5月5日，日軍開始從南北兩個方面向徐州西側迂迴包圍。在南面，第9、第13師從蚌埠地區分別沿北淝河、渦河西岸北進，至13日，陷蒙城、永城(屬河南)後，向江蘇蕭縣、碭山(今均屬安徽)進攻；第3師由蚌埠進入大營集地區，向宿縣(今宿州)進攻。在北面，第16師由山東濟寧渡運河，至14日，連陷鄆城、單縣、金鄉、魚臺後，向江蘇豐縣、碭山推進；第14師從河南濮陽南渡黃河，陷山東菏澤、曹縣後，直插河南蘭封(今蘭考)；同時，第10師將韓莊、臺兒莊地區的作戰交由第114師接替後，在夏鎮附近渡過微山湖，向沛縣(屬江蘇)進攻。由於日軍已形成對徐州的四面合圍態勢，5月15日，中國最高軍事會議決定放棄徐州。16日，第五戰區命令各部隊分別向豫、皖邊界山區突圍。19日徐州陷落。日軍沿隴海鐵路西進，6月6日佔領開封。為阻止日軍前進,蔣介石9日下令在鄭州東北花園口附近炸開黃河大堤，河水經中牟、尉氏沿賈魯河南泛。日軍被迫向黃泛區以東地區撤退。會戰結束。

　　此役，中國軍隊廣大官兵英勇奮戰，首先在南線將日軍阻止在淮河南岸，打破其與北線日軍會合的企圖；繼而在北線將東路日軍擊敗于臨沂地區，又將西路日軍之右翼阻止在嘉祥地區，粉碎日軍在臺兒莊會師的計劃。在臺兒莊地區作戰中，第五戰區採取積極防禦戰法，以一部擔任內線防禦，另一部置於外線作戰，攻防結合，靈活機動，獲得大捷。隨後，最高軍事當局不顧敵強我弱的總體形勢，調集大軍在徐州附近，企圖與日軍決戰，因而使會戰在後期陷於被動。儘管如此，這次會戰消耗了日軍有生力量，遲滯了日軍進攻速度，為部署武漢保衛戰贏得了時間。