三月初，针对津浦线上日军部署、行动，刘斐对蒋介石建议道：“从一月以来日军行动来看，证实了先前预判，日军妄图以小部队冒险轻进夺取我战略要地徐州。对此，应将汤恩伯军团调到津浦线，抓住有利时机，主动出击，歼灭敌军，打它一个措手不及。”蒋介石听了，若有所动，问道：“如何使用汤军团，方为有效？”刘斐答道：“不可让汤军团防守一池一地，而应将汤军团置于机动位置方可见效。”

　　三月十五日，第八十五军先头部队奉命赶往滕县东南山地，汤恩伯也于当天抵达临城。此时，滕县之战正激烈进行着，第五战区司令长官李宗仁命令汤恩伯部迂回滕县以北，与川军第二十二集团军联合夹击滕县之敌。第二十二集团军总司令孙震紧急给汤恩伯发来电令，请求汤恩伯尽快派兵增援。汤恩伯认为日军已经有一部绕过滕县南下，滕县外围阵地已经丢失，于是拒绝了李宗仁的命令和孙震的请求，就地让第八十五军占领临城，准备侧击南下的日军。

　　十六日，汤恩伯派一个团驰援滕县，在离滕县不到十公里的南沙河被日军拦截。该团前进不得，却见大批日军源源而来，不得不报告军团长汤恩伯。

　　临城西面是大运河，运河以西便是微山湖。临城以东是抱犊崮，山高沟深，纵横交错。在古代临城就是匪患出没之地，因而滕县在临城设分县衙门。由于无坚无险可守，汤恩伯急令所部在滕县以南官桥镇、临城北边的黄店村设置阵地。

　　十七日，汤恩伯给李宗仁发去电报，表示将亲自率第八十五军收复滕县。话音刚落，不料绕过滕县的日军攻击而至，仅三小时就攻破南官桥镇阵地，仅一个小时又攻破黄店村阵地，汤恩伯不得不令所部向东撤入山中——在此之前，蒋介石就对汤恩伯说过，实在不然，也可打游击。

　　就在汤恩伯率部狼狈逃窜之际，一支军队堵截了日军，稳住了局势。

　　在舞阳休整的第五十二军郑洞国率第二师奉命参加徐州会战。当郑洞国率部昼夜兼程地从河南赶到徐州时，战局发生突变:日军第十师团已攻陷滕县，敌前锋部队正由滕县以东向枣庄快速南下。郑洞国考虑我军已来不及实施在运河以北临城一线迎敌的作战计划，即使先敌一步到达运河北岸，也将因立足不稳为敌击破，这样连徐州都会陷入险境。为此，郑洞国根据参谋长舒适存的建议，并报请军团长汤恩伯同意，一面令该师第六旅在沙沟一线阻击敌人，一面果断地指挥部队火速开往运河南岸占领阵地，掩护友军集中，以确保徐州。这时大批日军已进抵运河北岸，正积极准备渡河南犯。郑洞国率师主力就在这千钧一发之际赶到了运河南岸的利国驿立即与敌人隔河交战。但日军凭借强大炮火，攻势如潮。危急间，配属该师作战的重榴弹炮营及时赶到，郑洞国立即命令放列射击，十二门大炮齐声怒吼，一排排炮弹准确地落在敌群中，打得日军狼狈逃窜、死伤枕藉，不得不放弃渡河打算，沿枣台支线转攻台儿庄。

　　日军第十师团濑谷支队攻占了临城及滕县后，令步兵第六十三联队的第一大队(欠一个中队)继续沿津浦路南进，向韩庄追击；为了控制枣庄煤矿，又令第六十三联队的第二大队向峄县追击。三月十九日，日军第六十三联队的第一、第二大队分别击退了刚刚赶至沙河及峄县布防的郑洞国第二师的第六旅及陈大庆第四师的第二十三团，占领了韩庄、峄县。

　　临沂方向由于遭到张自忠、庞炳勋部有力阻击，第五师团坂本支队进攻受挫、处境困难。第二军参谋冈本清福大佐到兖州面告第十师团师团长矶谷廉介，希望对坂本支队予以支援。矶谷廉介于二十日命令濑谷支队：“须确保韩庄至台儿庄运河一线，并警备临城、峄县，同时应以尽可能多的兵力向临沂方面前进，协助第五师团战斗。”

　　濑谷启即率第六十三联队进至峄县；二十二日，根据师团长意图下达了作战命令：“一，第六十三联队第一大队(欠一个中队)担任韩庄地区的守备；二，第六十三联队第二大队，配属野炮一个大队，明日从峄县出发，进占并确保台儿庄附近运河一线地区；三，步兵第十联队，明日从临城出发，向临沂方向前进，策应第五师团之坂本支队作战；四，濑谷支队主力集结于峄县附近。”

　　同日，濑谷启得到航空兵空中侦察的报告：微山湖上中国军队约千余艘小船正向湖东的夏镇前进。由于这一新的情况，濑谷启改变了决心，支队主力亦暂不向峄县集中，仍留临城地区，准备应对微山湖方面可能发生的进攻，但第六十三联队第二大队的任务不变，仍向台儿庄进攻。

　　向台儿庄进攻的第六十三联队第二大队，该大队被称作“台儿庄派遣队”，满编一千一百人。

　　台儿庄，是山东省峄县的一个小镇，位于津浦路台枣支线及台潍公路的交叉点，庄南紧邻运河，扼运河之咽喉，是徐州的门户。

　　第五战区关于台儿庄战役的意图和部署是，以擅长固守的原西北军孙连仲部防守台儿庄运河一线，一方面防堵日军进窥徐州，一方面将骄狂冒进的矶谷师团吸引到峄县南部地区，而后以隐藏于峄县东北山区的汤恩伯第二十军团拊敌侧背，加以聚歼。

　　第二集团原总司令为刘峙，在华北保定地区作战中，刘峙畏敌如鼠，仓皇逃遁河南，被讥之为“长腿将军”。蒋介石为树军威，撤刘峙之职，将第二集团军这一番号授给作战勇敢的孙连仲部。孙部以第一个加入抗战战场，从平汉路北段到娘子关，再到晋东突围，几番激战，伤亡惨重。后被调至武胜关修筑工事，再被调至郑州附近守黄河。刚到黄河边，风景还没看够，一纸调令又到，急令赴徐州战场。结果被李宗仁安排到台儿庄正面战场上，名为牵制，实为正面防守。而实力更强的汤恩伯的中央军第二十军团却担负侧击任务。孙连仲所部番号逐渐升级，从第二十六路军、第一军团，一直到第二集团军，但所辖之军仍是原有第三十军部队，只是增加一个军的空番号而已，其战斗序列为：

　　第二集团军，总司令孙连仲，辖：第三十军，军长田镇南，下辖第三十师(师长张金照)、第三十一师(师长池峰城)；第四十二军，军长冯安邦，下辖第二十七师(师长黄樵松)、独立第四十四旅(旅长吴鹏举)。

　　第五战区计划这次攻势作战的主力是汤恩伯第二十军团，以池峰城第三十一师背靠台儿庄，向北面的峄县出击诱敌，在日军受到引诱发起进攻时，坚决守住台儿庄阵地，以便于第二十军团从侧背攻击、歼灭敌人。因此，第三十一师被划归汤恩伯指挥。汤恩伯会见第三十一师师长池峰城时，更是信誓旦旦地承诺：“一旦与日军交火，我军不顾一切，马上抄袭敌之侧背，绝不会让贵军孤军苦战。”池峰城对南方人心里没底，就看了汤恩伯身边第五十二军军长、陕西人关麟征一眼，问：“你们何时发起侧击？”关麟征举起右手，先是伸出一指，见汤恩伯眉头抖动，又伸出二指，说道：“一天，我们即侧击，坚守三天你们就算完成任务。”

　　池峰城，河北景县人，自古燕赵多慷慨悲歌之士，爽快就接受了命令。

　　第二集团军抵达台儿庄后，孙连仲即紧急布防：第三十师在左翼徐州附近的茅村地区；第二十七师在右翼贾汪地区；第三十一师在中间防守台儿庄；第一一零师及独立第四十四旅在运河南岸台儿庄以西至韩庄间防守。

　　第三十一师下辖两个旅四个团，加上师直属各部队，兵力不足万人。

　　三月二十三日拂晓，师长池峰城令九十三旅旅长乜子彬率第一八三团向峄县攻击前进，诱敌来攻。与此同时，日军台儿庄派遣队也由峄县出发向台儿庄攻击前进，双方在獐山遭遇。日军击退第三十一师的骑兵搜索队及击歼第一八三团的尖兵连后，在泥沟又击退了第一八三团的前卫营，于当晚占领了北洛。

　　支队长濑谷启从国军战俘口中得知：峄县周围的部队是中国军队第二十军团的四个师；第五战区司令长官李宗仁已命令汤恩伯在峄县东北及北方的山区集结，二十四日开始攻击，企图将韩庄、临城一带日军压迫、歼灭于微山湖东岸地区；汤恩伯现在向城。于是决定将支队主力集结于临城、峄县，准备与汤军作战，原定支援临沂的部队由一个联队减为一个大队，对进攻台儿庄的兵力与任务则不变动。

　　大战未开，第五战区作战计划就这样全盘泄露了。

　　临城，今枣庄薛城，位于微山湖东岸。

　　三月二十四日，中国空军为支援第二十军团进攻作战，拂晓后以轰炸机十四架轰炸了韩庄、临城及枣庄的日军。但令日军惊奇的是，汤恩伯第二十军团并未来攻。

　　濑谷启将泄密俘虏拉来再审，该俘虏还是一口咬定。濑谷启半信半疑。

　　台儿庄派遣队继续由北洛出发，在二十余门火炮掩护下，向北洛以南一线发动猛烈攻击，台儿庄以北的刘家湖各村相继失守。中午，日军飞机对退入台儿庄东北方向的园上村内的中国守军进行猛烈轰炸，并占领之。池峰城令一八五团向刘家湖、一八六团向园上村反击，不惜代价收复台儿庄北面外围阵地。一股日军突破中国守军阵地，直逼台儿庄寨墙下。

　　台儿庄南靠运河北岸，四周有长约四公里的砖砌城墙，并建有大小碉堡多座，共有六个城门，城西南角的文昌阁为全城制高点。

　　台儿庄北面地势开阔，无遮无挡，日军只好挖掘掩体匍匐前进，每进一步都可能被爆头的危险。在日军持续炮火轰击下，北部寨墙倒塌数处，日军从缺口突入。防守台儿庄北门的一八六团一营在王震团长和姜常泰营长的指挥下顽强抵抗，并在城北门外与日军展开白刃战。经过死战，中国守军打退日军的多次进攻。

　　下午六时许，团长王震在台儿庄墙边受伤，枪弹从右肩穿过，肩胛骨折断，并伤及关节。第三十一师师附王冠五兼职代理一八六团团长。

　　当日，蒋介石至徐州视察，将随行的副参谋总长白崇禧、军令部次长林蔚及厅长刘斐等留第五战区协助李宗仁策划作战，与李宗仁商议：“如进攻峄县，不得奏效，则可撤至峄县东北山地待机，以取攻势防御。”在白崇禧等人建议下，令第三十一师改为防守台儿庄，并增调野炮一个营(有沈阳造仿克鲁七十五毫米野炮十门)、机械化野战重炮兵一个连(有德国造卜福斯的一百五十毫米榴弹炮二门)及铁甲车第三中队配属第三十一师，以加强台儿庄的防守火力；还令第三十一师解除第二十军团的配属任务，归还第二集团军建制，由孙连仲统一指挥台儿庄方面的作战。

　　孙连仲于当日将其指挥部进至距台儿庄仅两公里的运河南岸的韩家寺，将其第二十七师由贾汪推进至台儿庄附近，接替第三十一师河防部队，以加强台儿庄的防守力量。

　　午夜，白崇禧夜访第二集团军，一眼窥出玄机，指出：“敌将以一部牵制我汤军团，而以主力攻略台儿庄，以崩坏我迂回军之旋转轴。”言外之意，台儿庄之第二集团军已成日军主攻目标，而第二十军团反成了日军牵制目标。走前，白崇禧又提出坚持三天要求。显然，勉励意味高于命令，因为南京也才坚守三天。在白崇禧看来，凭此单薄的寨墙，凭此空旷的阵地，凭此又窄又浅的运河，能坚守三日，那已经就是神话！

　　小诸葛白崇禧判断完全正确。当天晚上，濑谷启收到了台儿庄派遣队求援电报，当即派出两个中队携带两门重炮南下增援台儿庄——“以崩坏我迂回军之旋转轴。”

　　如此一来，攻击台儿庄运河一线的日军就增加到一个半大队，约一千五百人。

　　当天，支援临沂的沂州支队一个大队开始东进，当晚宿营于枣庄，以约一个中队的兵力为先遣队，进至郭里集。郭里集是枣庄东南面四十余华里外一个比较大的村落，村落周围驻有几个碉堡楼。日军先遣队于傍晚六时左右进驻郭里集，并派出侦察兵四处警戒侦察。负责侦察的石井少好少尉俘虏了一个自称是国军炮兵军官。根据这名炮兵军官交代，师司令部和炮兵团这夜都驻扎在郭里集东南方四华里一个叫纪官庄的地方。而且负责警卫的兵力很薄弱，只有六十余人。听到这里，大队长加村少佐和小队长石井少尉都觉得建功的机会就在眼前。加村少佐向石井少尉下达了夜袭的命令。石井少尉兴奋地率领着自己手下第五中队第三小队三十五人借着夜色摸向纪官庄。

　　石井小队刚走不久，日军惊异地发现，竟然来了中国军队。

　　原来，当日凌晨，汤恩伯命令在前线的第五十二军掉头向北，冒着大雨向枣庄北面的鹁鸽窝、郭里集一带转进，作为进攻枣庄的出发点。

　　这支中国军队，正是按原计划到达预定进攻位置的第五十二军第二十五师七十五旅一部，于当晚赶到了郭里集。由于搜索和警戒的马虎大意，竟然未发现该地还有日军驻扎，进村后突然就遇上了日军，双方一愣之后立即交上了火。日军利用村落，房屋以及村庄周围的碉堡顽抗。二十五师不得不采取挖地道的方式准备用炸药炸毁碉堡。

　　五十二军在得知郭里集情况后调来一个野炮连火力支援二十五师的攻击。日军先遣部队本身仅两个步兵中队，之前除抽出了石井小队夜袭外还抽出了佐藤小队去东方约十四华里外向龙山方向警戒。手里实际只有一个半中队的步兵，但是却有独立机枪一个中队，和独立装甲车第十二中队。二十五师反复攻击，与日军在村间展开激烈的白刃战也仅仅占领郭里集南面部分，日军利用装备优势仍然在郭里集北部与中国军队对峙。

　　再说，石井带领小队摸进村的时候，四周黑漆漆的，也不知中国军队在哪，只得四处乱窜，被暗哨发现，枪声大作，引来援军，被迫闯入村屋内。原来台儿庄地区房屋皆为石墙，每一屋皆系堡垒，日军据此抵抗。中国军队见小鬼子躲在石屋里不出来，只好架起迫击炮，往屋顶上炸。房屋大量被破坏，死伤人数急剧上升，石井不得不令松田分队五人突围，向大队长报告情况，自己和仅剩的十一人留下掩护。中国军队穷追不舍，松田分队最后仅剩大桥上等兵舍弃了他的所有装备乃至衣服，不顾一切地逃命，奇迹般地于第二天遇到了第五中队。

　　与此同时，第五十二军郑洞国的第二师从鹁鸽窝向枣庄进攻。

　　三月二十五日，从前晚各方面战斗报告中，濑谷启知道了确实有中央军存在，但并不像是大兵团，于是将那个俘虏又拉出来饱揍一顿，逼问道：“你的，说真话的。”该俘虏流着血泪说道：“太君，真有！”濑谷启见他不像是撒谎，脸色又转和，帮他擦了血泪，满口说道：“说实话，好处大大的有！”

　　濑谷启由此判断出，中国军队精锐部队打算在郭里集、枣庄附近发起反攻。于是濑谷支队长迅速调整部署，取消策应坂本支队临沂攻击的作战计划，而是集中手里所有的机动兵力，加上郭里集附近守备队近三个步兵大队大量的炮兵和独立机枪中队，另还配有装甲车中队准备向郭里集附近发起反攻，希望能歼灭中国军队精锐部队。

　　五十二军军长关征麟在侦察得知日军正在临城附近集结兵力，判断日军很快将会对郭里集、枣庄地区发起猛攻，于是向军团长汤恩伯发电求援。原来，汤恩伯并没有按计划出击，主力仍在抱犊崮山区按兵不动，接到郑洞国求援电报，仅派出一个旅与第五十二军协同作战，而该旅仅派出一个团，而该团仅派出几个排的兵力。

　　台儿庄方面，当日凌晨二时，孙连仲命令部队向台儿庄北面之敌实施夜袭。以一八六团佯攻孟庄，以主力攻击园上村。经过一番激战，一八五团攻占了裴庄。从敌缴获文件获知日军第六十三联队第三大队已经到达战场。

　　部署作战任务后，池峰城亲率铁甲第三中队出台儿庄向北，于六时抵达南洛村北，指挥炮兵向北洛及刘家湖日军据点开火轰击，敌惊慌失措，伤亡甚重。

　　天亮后，日军在飞机大炮掩护下，向南攻击前进。

　　日军在台儿庄北五里刘家湖村设有炮兵阵地，排列十门大炮，向台儿庄猛轰。一八三团三营营长高鸿发现敌大炮阵地后立率领士兵，每人一把大刀，八颗手榴弹，杀入敌人炮兵阵地，砍得敌人无法招架，弃炮而逃。日坦克部队见自己的炮兵被中国军队追得在麦田里溃逃，立即迎上前。于是，中日两军在麦田里激战。

　　下午，在猛烈炮火攻击下，台儿庄北面寨墙倒塌数丈，二百余日军从缺口攻入庄内。一八六团奋力反击，以伤亡四百余人的代价将缺口堵上并将部分日军堵在庄内城隍庙内。城隍庙楼高院深，里面长满杂草。日军仗着中国军队不敢对神不敬，据庙坚守。

　　三月二十六日凌晨，汤恩伯派出的几个排磨磨蹭蹭做贼似的来到枣庄外围，对空放了几枪后，立即又退回抱犊崮山区中，找个安稳的地方把自己藏起来。

　　这几声枪声就像起床号声一样，将中日两军都吵醒了。日军来不及升灶做饭，端着枪饿着肚子就出来迎战，与郑洞国的第二师又开火了。

　　第二师激战两昼夜后一度占领枣庄大部分市区，久久等不到援军，当天在敌援军反击下被击退，不得不率军撤出战斗。