三是广西军队是有战斗力的，北边有八路军在战略上配合，集中兵力打一个大仗，可以给日军一次沉重的打击。
李表示这个意见很好，并要张转告周恩来。＇中共中央文献研究室：《周恩来传》，人民出版社，1989年版，第411页。＇
3月24日，日军濑谷支队在航空火力支援下，向台儿庄猛攻，与中国守军第2集团军第31师展开激战。日军一部突入东北角，被守军击退。日军不断增加兵力，配以坦克、重炮实施攻击。
27日濑谷支队主力一部突入北门，第31师与敌展开了拉锯战，守军伤亡甚重。
28日，突入台儿庄之日军，被守军第31师围攻，损失甚重。29日，中国守军第20军团奉命以一部于30日对峄县佯攻，以钳制该敌南下，另以一部速向泥沟前进，协助第2集团军解决台儿庄附近之敌，并极力破坏铁路、公路，遮断峄县与台儿庄之联络，并与进攻峄县之友军部队竭力阻止峄县南下之敌。
当日，中国军队第2集团军之第27师继续对日军展开进攻；第31师对台儿庄内之日军攻击；第30师分向南洛、三里庄前进，截断日军联络，阻止日军增援。蒋介石也在此日下达了死守台儿庄的命令。李宗仁遂令第2集团军死守台儿庄阵地，并再次严令汤恩伯部南下，协助第2集团军解决台儿庄之敌。
3月30日，日军濑谷旅长鉴于福荣团在台儿庄被中国军队南北围攻，急令赤峰团驰援，濑谷亦亲自赶赴前线督战，全力对台儿庄守军展开激战。31日，中国军队将进入台儿庄之敌完全包围。正当濑谷支队处于危急之时，日军第2集团军令攻击临沂的坑本支队于29日停止攻击，转向台儿庄驰援，该支队31日到达向城、爱曲地区，侧击第20军团。第20军团遂即命第52军和刚到的第57军一道围攻坂本支队，经数日激战，予日军以重创，使坂本支队救援濑谷支队的计划落空，据日军《步兵第10团战斗详报》记载，台儿庄中国守军“决死奋战之状历历在目”，“士兵依靠堑壕顽强抵抗直到最后”，堑壕中尸山血河，“睹其壮烈者亦为之感叹”。＇［日］防卫厅防卫研究所战史室：《中国事变陆军作战》（2）。朝云新闻社，1976年版，第36页。＇
4月3日，中国军队向台儿庄之日军发起攻击。日军拼力争夺，占领了市街大部。守军逐次反击，展开街垒战，夺回被日军占据的市街。双方陷于苦战。5日，蒋介石电汤恩伯：“台儿庄附近会战，我以十师之众对师半之敌，历时旬余未获战果。该军团居敌侧背，态势尤为有利，攻击竟不奏效，其将何以自解？急应严督所部于六、七两日奋勉图功歼灭此敌，毋负厚望。”＇中国第二历史档案馆：《抗日战争正面战场》上，江苏古籍出版社，1987年版，第608页。＇
6日晚，中国军队全线攻击，第2集团军和第20军团围歼被围之懒谷支队。
战至7日凌晨，除一部日军突围至峄具附近固守待援外，将被围之敌全部歼灭。
台儿庄战役是中国军队取得的一次重大胜利。在历时半个多月的激战中，中国军队付出了巨大牺牲，参战部队4。6万人，伤亡失踪7500人，歼灭日军1万余人。它沉重打击了日本侵略者的凶焰，极大地鼓舞了全国军民坚持抗战的必胜信心。
三、徐州外围战及中国军队撤退
台儿庄战役中，日军大本营发现中国在徐州地区集结重兵集团，认为是给中国军队主力一大打击、挫伤中国军民抗战意志的好机会。
4月7日，日军大本营陆军部制订《徐州附近作战指导要领案》，决定华北方面军以第5、第10、第14、第16师共4个师，向陇海沿线进攻，封锁兰封（今兰考）以东地区，切断中国军队退路，以主力南下进攻徐州，以1个师从兰封向商丘方向进攻，切断中国军队退路；命华中派遣军以第9、第13两个师从南面策应华北方面军作战。企图一举消灭中国军队主力，并占领徐州要地和津浦铁路全线。
为协调华北、华中日军的军事行动，4月中旬，日军大本营还派出以参谋部作战部部长桥本群少将为首的“大本营派遣班”到中国，进行协调和联络，指导南、北两兵团作战。
台儿庄大捷后，蒋介石决定“扩大台儿庄战果”，遂将各战区精锐部队大批调往徐州，准备在徐州地区同日军进行决战，使第5战区的总兵力由初期的29个师增加到64个师另3个旅，约45万人。李宗仁将第5战区军队编为5个兵团：3个军组成淮南兵团，由李品仙任司令；4个军组成淮北兵团，由廖磊任司令；9个军组成鲁南兵团，由孙连仲任司令；3个军组成陇海兵团，由汤恩伯任司令；2个军组成苏北兵团，由韩德勤任司令。各兵团以徐州为中心，分别阻击日军。
5月中旬，日军开始进攻徐州。在徐州北战场，5月12日，日本华北方面军第1集团军第14师从濮县地区南渡黄河，以一部到内黄集附近，截断了陇海铁路交通线。5月9日，日军第16师从山东济宁南下，向砀山、唐寨地区疾进，从西面攻击徐州。5月15日，日军第5师在鲁南同中国军队激战数日后，渡运河，向宿县推进，尔后进攻徐州。在徐州南战场，5月5日，日军华中派遣军开始北进。5月9日，第13师攻占安徽蒙城，13日到达徐州西南的永城，从西南面包围徐州。5月10日，日军第9师北上，经蒙城、永城向徐州西南地区进攻，16日进入萧具附近地区，逼近徐州。从南京附近参战的日军第3师也随之沿津浦铁路急速北进，5月15日陷大营集之后，即在第9师右翼支队配合下向徐州推进。至此，南北两路日军完成了对徐州地区的包围。
中国第5战区部队在徐州附近地区进行了逐次激烈的抵抗，但未能挡住日军的攻势。中国军队第23师师长李必蕃率部在鲁西菏泽战斗中，壮烈牺牲。中国军队第173师副师长周元率2000官兵在皖北蒙城防御日军进攻，拼死激战，周元和大部分官兵壮烈牺牲。在徐州处于日军四面台围的险恶形势下，为了保存有生力量。国民政府军事委员会于5月15日决定放弃徐州。
16日，第5战区下达撤退命令，以刘汝明的第68军于徐州掩护撤退，以第24集团军留苏北，第69军及海军陆战队在鲁南、鲁中进行游击作战，主力分5路向徐州西南方向突围。各路大军突破日军的封锁线，撤向豫、皖之间山区。第68军在掩护各部撤退完毕之后，于5月19日放弃徐州。至21日，徐州地区中国守军突破日军的包围，向皖北和豫南转移。
在第5战区部队突围之时，日军乘机占领了徐州及其附近地区。徐州失陷后，日军大本营又决定“扩大徐州会战战果”，进行追击作战。5月21日，日军大本营下令进攻兰封、归德（商丘）、永城、蒙城以东地区。29日，又下令越过兰封、归德、永城、蒙城地区。按照日军大本营的命令，日军分兵数路，沿陇海路两侧向西追击。5月22日，日军第10师开始西进，相继攻占毫县、拓城，6月5日到达太康。5月21日，日军第16师从徐州附近出发，相继攻占砀山、马牧集，5月21日到达归德。归德守军顽强抵抗两天后撤退。
日军占领归德、杞具、通许、尉氏、朱仙镇。日军第14师于5月17日到达内黄集，准备进攻兰封。驻守鲁西南的中国第1战区薛岳兵团，为掩护第5战区部队突围，在兰封地区发动反击，与日军第14师激战。日军第14师于5月24日攻占兰封，遭中国军队包围，激战至30日，中国守军退却。此时，日本华北方面军企图攻占郑县，然后沿平汉线南下进攻武汉，遂下令第10师向郑县推进。6月6日，日军第14师攻陷开封，7日又陷中牟，10日，该师骑兵团到达新郑南郊，炸毁了平汉铁路，12日炸毁了新郑南面的平汉线铁路桥。切断了平汉铁路线，郑县告急。
为阻止日军进攻，经蒋介石批准，国民党军竟于6月9日炸开郑州东北的花园口大堤，滔滔黄河水经中牟向东南方向奔泻而去，平汉线以东中牟、尉氏、扶沟一线，直到安徽、江苏，成为一片汪洋。6月12日之后，日军第14、第16师遭受洪水泛滥的威胁，乃组织向东撤退。花园口决堤虽暂时阻挡了日军的继续西进，但是造成黄河改道，使豫、皖、苏3省40多个县市的广大地区沦为泽国，近90万人葬身洪流，上千万人流离失所，并形成了连年灾荒的黄泛区。如此“以水代兵”阻敌前进，给广大人民群众带来巨大灾难。
徐州会战是继淞沪、太原会战之后中国正面战场又一次大的会战。双方均投入数十万兵力，历时4个多月。日军虽打通了津浦线，扩大了占领区，但妄图打击中国军队主力、挫伤中国军民抗战意志的国标却未能实现。中国军队的防御作战和主动转移，达到了一定的战役目的，为部署尔后的武汉保卫战赢得了4～5个月的宝贵时间，打破了日军速战速决的战略计划，尤其台儿庄大捷给了日军以有力打击，鼓舞了全国人民的抗战意志。
台儿庄之战是在全国军民同仇敌忾奋起御敌的形势下进行的。作战的胜利主要是由于第5战区广大官兵英勇作战流血牺牲取得的，是由于及时捕捉战机，集中兵力围歼突出冒进之敌而奏效的。台儿庄战役固然取得胜利，但是由于受单纯防御战略思想的束缚，消极保守，台儿庄大捷后，未乘胜扩大战果，集中全力击破疲困之敌，致使日军濑谷支队残部和坂本支队余部撤至有利地形固守待援，尔后又未集中兵力，打击日军增援来的一路或数路，发展胜利，竟坐视日军从容地调整部署卷土重来。国民党军在徐州东北方向基本以阵地战实施重点防御，约30万大军被日军钳制，而未能抓住战机，以机动部队实施有力反击，或迂回敌侧后，战局呈现被动之势，且徐州以西、以南之后方兵力薄弱，致使日军乘虚而入，最后导致徐州夫利。徐州会战对中国方面的影响也是巨大的，中国军队失去了钳制日军的战略要地和防御武汉的屏障，被迫采取正面作战防御武汉，这就必然要付出更大的代价