在日本方面策划徐州作战的时候,中国军委会及第五战区也在加紧保卫徐州的部署。至1938年2月,第五战区共有13个军29个师又一个旅,合计兵力约28.8万人,但其中大部是地方部队,装备差,战斗力弱。如邓锡侯第二十二集团军的两个军,来自川西,枪械半为土造。该军出于大义,东进抗战,因装备太差,第二战区和第一战区都不要,最后被李宗仁收留[14]。按照当时常规武器的配备,日军一个师团的战力,约等于中国二至三个军。第五战区的部队,可能还要差一些。
在台儿庄战役期间,军委会及时调汤恩伯的第二十军团、孙连仲的第二集团军增援第五战区,使华北日军的两个支队遭受重创后被迫后退。台儿庄战役的胜利,使蒋介石进一步提高了正面迎战日军的信心。他认为:“今敌在台儿庄大败以后,必忿而向我报复,但其实力有限,仍是投机战略;只要我能首先堵住,再予迎头痛击,终必更获大胜。”[15]于是,军令部立即拟订计划,“调后方已整理之部队及他战区可抽调之精锐部队,迅速集中于第五战区方面以求与敌决战,同时第二战区利用优越态势极力反攻收复晋省,第一、三战区相机反攻以牵制敌人”。按照这一计划,先后从武汉、第一、三战区及广西等处抽调近20万军队至第五战区,在徐州附近集结[16]。