三架敌机从东面海上飞临，向城南高地上的炮兵阵地扑去，一阵机枪扫射和炸弹轰炸之后，正要上升回转，地面山腰上突然一阵猛烈的炮火架高射机枪打击，两架敌机迅疾被击中，剩下一架急忙拉升，向东面海上逃跑，结果，遭到了近海地区，刚建成不久的游击一纵队野战炮兵袭击，很快被击毁。
地面进攻在嘹亮的冲锋号声中开始了，少年军、张自忠部从多个方向围上了陷入城南战场的酒井旅团。经过两个多小时激战，酒井旅团，在进攻东门的五师团残部拼命救援下，向城东北方向逃离。
刚脱离后面追击，正要缓口气的鬼子残军，突然被一阵地动山摇的马蹄声震惊，急忙扔掉重装备，向北逃窜。铁头率领的骑兵旅两个主力团，以排山倒海之势，向鬼子残部扑去，一直追击歼敌十多公里，才收兵向东南莒县撤退。
除了将完好的卡车、装甲车、坦克车开走，王栋命令，将其余所有战场上鬼子遗留武器装备等交由张自忠部队处理，张将军自然感激不尽。
命令华梓延等抓紧修复城池漏洞之后，王栋率领主力部队，向南面移动，准备从后背，堵截在台儿庄地区血战之后，逃窜出来的另一只敌军，由青岛赶到的坂本支队。
为减轻第五师团和酒井旅团压力，3月25日，第十师团沿津浦路继续南下，进攻至台儿庄外围阵地，孙连仲部以31师守中央主阵地，30师、110师在左翼，27师独立44旅在右翼，布开口袋阵，决定死守台儿庄。与此同时，战区命令汤恩伯部在外围运动，配合作战。
3月27日，蒋介石带着军委会高参白崇禧、林蔚等人亲临徐州督战，又将刚刚到手的155巨炮团，调往徐州前线，支援作战。
3月28日，战区命令对台儿庄的日军进行合围。
华北日军强令坂本支队朝台儿庄地区进攻，配合第十师团作战。月底，国军第2集团军，增援台儿庄，到四月初，将坂本支队、濑启谷旅团包围。坂本支队发现情势不妙，马上命令部队向北突围。而重围当中的濑启谷也感到了危机，下令部队突围，结果遭到周围国军十数万部队扫荡围歼。
当坂本支队突出重围，到达枣庄东南峄城附近，刚松了一口气，被少年军和101军第一师主力迎头痛击。经过将近两小时血战，坂本指挥部队向西突围而去，临近枣庄，正放下心来，两侧突然出现数千骑兵部队。结果人困马乏、武器弹药耗尽的坂本残兵，再次受到毁灭性打击，完好的被接应逃到城内的，不足两千人。
4日7日，五战区李长官下令所有参战部队，全力扫荡日军残余，结果日军被先后消灭超过16000人，中国军队取得了抗战以来最大规模的一次局部战役，台儿庄大捷。
趁敌人兵力不足，加上惨败之际，王栋急电建议战区：马上发动大规模攻击，围歼鲁南、鲁西鬼子孤军；同时加强南线防守兵力，陈兵淮水沿线，阻敌北援。
得到总裁许可和勉励，第五战区马上开始了大规模进攻行动，一鼓作气，将北路敌军赶到了济南泰安等孤城。遗憾的是南线防御薄弱，被鬼子突破淮水防线，*近徐州；华北日军，也在大本营命令下，调集重兵，南下。同时传令所有在中国的部队，不惜一切代价，发动徐州会战，一定要在徐州捕捉到华军主力，予以围歼。为此，动员华北方面军，华中派遣军的主力，投入这场战斗。同时还下令关东军派军支援，又紧急派遣大本营的作战部长桥本群少将，率领参谋本部的参谋军官，在济南成立大本营派遣班，进行作战协调的工作。
蒋介石在山西南部发动华军的牵制作战，使得华北方面军山西的部队无法抽调。
日军派出主力第十八师团，配合关东军的第三，第十三混成旅团，沿津浦路的济宁南下，进攻徐州西部。114师团抵达之后，接防第十师团，由第十师团残部，参加第十八师团围堵华军西方撤退的通路。
5月中旬，日军第十四师团从濮县突破黄河天堑。接着第十四师团（师团长土肥原贤二），由荷泽渡黄河，准备在远方截断陇海路向西的交通，又分兵占领荷泽。
华中派遣军第十三师团，在得到第九师团支援后，强渡淮河，北攻徐州，主力经由宿县，扑向徐州西方的陇海路要地砀山，准备与华北方面军主力在此会师，以达到切断华军西撤通路，另外又派第三师团以及两个支队北上，直*徐州。
之后不久，日军派出陆战队两千人登陆连云港，企图对徐州进行三面包围。为保存有生力量，国军总部决定放弃徐州。5月17日五战区主力开始西撤，长官部命令张自忠，刘汝明部队断后，刘汝明在萧县地区，设下伏击，重创了鬼子第九师团。5月19日，十三师团攻入徐州空城，徐州沦陷。
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