第3军团第40军等部节节抵抗。第59军奉命驰援，3月12日到达临沂北郊的沂河西岸，协同第40军实施反击，激战5昼夜，重创日军，迫其向莒县撤退。

西路日军第10师长濑支队（相当于旅）从济宁地区西渡运河，向嘉祥进攻，遭第3集团军顽强抵抗，进攻受挫。

濑谷支队（相当于旅）沿津浦铁路南进，3月14日由邹县（今邹城）以南的两下店进攻滕县（今滕州）。

守军第22集团军第41军英勇抗击，伤亡甚重，苦战至17日，该军守城的第122师师长王铭章殉国，滕县失守。

滕县之战，中国军队以7000之兵对付装备精良的日军数万之众，不惜重大牺牲，阻止日军南下，延缓了日军南侵的脚步，为调集军队守卫台儿庄的战略部署赢得了时间。

日军占领滕县后，骄狂之极，尽其所有，直赴台儿庄。

日军兵力4万余，坦克车七八十辆，山野炮和重炮百余门，并以大批飞机助战，3月23日，冲到台儿庄北泥沟车站。

24日凌晨，日军以猛烈的炮火轰击台儿庄防御工事，随后以坦克为前导，冲进城内。

台儿庄一带宅室多为石头建筑，故每一房屋皆为一堡垒。守军据房为垒，至死不退。

日军猛攻三昼夜，与守城将士发生激烈巷战。战斗持续到4月3日，守城将士伤亡已逾十分之七，三分之二的阵地己为日军占领。

但台儿庄守军仍据守南关一隅，拼死不退。

日军再次调集重炮、坦克猛轰、猛冲。李宗仁一面下令坚守，一面急令汤恩伯军团火速南下增援。

次日黎明时分，台儿庄北面炮声隆隆，汤恩伯军于日军背后出现，日军撤退不及，陷入重围。

台儿庄守军全线出击，杀声震天。

血战经旬，敌军己成强弩之末，狼狈突围逃窜。

除一部分突围至峄县城固守待援外，日军遗尸遍野，坦克车被毁30多辆，遗弃的各种车辆、弹药、马匹遍地皆是。

台儿庄一役连同徐州南北各战场共歼灭日军10000余人，中国军民取得了抗战以来国民党正面战场一次最重大的胜利。

中国最高军事当局令第五战区集中兵力于徐州附近，准备再次聚歼日军。

1937年由王耀武第51师合编而成第74军，74军不久参加淞沪会战。

淞沪会战、南京保卫战第74军伤亡不小，经过补充后，74军先后参加徐州、兰封会战。

日军改以部分兵力在正面牵制对方，主力向西迂回，企图从侧后包围徐州，歼灭第五战区主力。

日军第10、第5师团分别从山东峄城（今属枣庄）和临沂西北的义堂地区南进，对守军第2集团军和第20、第3军团及第27军团第59军实施牵制性进攻。

守军顽强抗击，至月底，将日军阻止在韩庄、邳县（今邳州）和郯城一线。日军开始从南北两个方面向徐州西侧迂回包围。

在南面，第9、第13师从蚌埠地区分别沿北淝河、涡河西岸北进，至13日，陷蒙城、永城（属河南）后，向江苏萧县、砀山（今均属安徽）进攻。

第3师由蚌埠进入大营集地区，向宿县（今宿州）进攻。

在北面，第16师由山东济宁渡运河，至14日，连陷郓城、单县、金乡、鱼台后，向江苏丰县、砀山推进。

第14师从河南濮阳南渡黄河，陷山东菏泽、曹县后，直插河南兰封（今兰考）。

同时，第10师团将韩庄、台儿庄地区的作战交由第114师团接替后，在夏镇附近渡过微山湖，向沛县（属江苏）进攻。

5月中旬，前方越来越惨烈的战报不断传到武昌国民党军委会蒋介石的案前，徐州突然面临的严重危机，使他那因台儿庄的胜利冲得有点晕乎乎的大脑一下冷静下来。

蒋介石突然意识到：日军的意图是要围歼徐州中国军队主力。

蒋介石立即叫来何应钦、白崇禧、陈诚、封裔忠等人一块研究策划。

日军的企图已经暴露，再死守徐州已不现实，何应钦等人亦主张赶紧突围，决定放弃徐州。

蒋介石口授给李宗仁的电令令其部力避决战，撤离徐州，火速突围。

16日，第五战区命令各部队分别向豫、皖边界山区突围。中国军队且战且退，阵形不乱，按部就班地向西、向南撤退。

日军阻一处，中国军队冲一处，无所不破，大军向河南南部及湖北北部集结，各路都相继冲出重围。

为避免与优势之敌作消耗战，当各路敌军向徐州步步合围时，李宗仁令所部各路守军，作稍事抵抗后，即相机撤向山区、湖沼地区，进行“化整为零”的游击战，与敌人纠缠了月余。

李宗仁与长官部官兵一应人员700余人，乘夜色经宿县、蒙城，越过敌之包围圈移驻潢川。

留守徐州城的刘汝明部在萧县一带伏击日军第9师团，对日军造成重大伤亡。

日军见中国军队大部已走，企图于徐州城围歼刘汝明部。

刘汝明部佯作死守状，及见各路大军撤尽，根据蒋介石的命令，放弃徐州城，巧妙地跳出日军数十万大军的重围，安全转移。

敌军不但没有击溃刘汝明部，甚至连一个上尉也没有捉到。日军的华中派遣军的13师团一路杀来，发现李宗仁唱了一出空城计，又令一心想争功的华北方面军大感挫折，日军伤亡了万余人的代价，得到了一座空城。