徐州以南地区作战 1938年1月26日,日军第13师向安徽凤阳、蚌埠进攻。守军第11集团军第31军在池河西岸地区逐次抵抗后,向定远、凤阳以西撤退。至2月3日,日军先后攻占临淮关、蚌埠。9~10日,日军第13师主力分别在蚌埠、临淮关强渡淮河,向北岸发起进攻。第51军与日军展开激战,伤亡甚重,12日向澥河、浍河方向撤退。第五战区以第59军军长张自忠率部驰援,进至固镇地区,协同第51军在淮河北岸地区顽强抗击日军。同时,在淮河南岸,以第21集团军第48军固守炉桥地区,第7军协同第31军迂回攻击定远日军侧后,迫日军第13师主力由淮河北岸回援。第59、第51军乘势反攻,至3月初恢复淮河以北全部阵地。第21集团军和第31军旋由淮河南岸向北岸集中。双方隔河对峙。
徐州以北地区作战 2月下旬,日军第2集团军开始分路南犯。东路第5师从山东潍县(今潍坊)南下,连陷沂水、莒县、日照,直扑临沂。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。
台儿庄地区作战 3月20日,日军第10师濑谷支队南进连陷临城(今薛城)、枣庄、韩庄后,不顾第5师和第10师长濑支队在其两侧进攻受阻,孤军深入,向台儿庄突进,企图一举攻占徐州。李宗仁以第2集团军总司令孙连仲率部固守台儿庄,第20军团军团长汤恩伯率部让开津浦铁路正面,转入兰陵及其西北云谷山区,诱敌深入,待机破敌。3月23日,日军由枣庄南下,在台儿庄北侧的康庄、泥沟地区与守军警戒部队接战。24日起,日军反复向台儿庄猛攻,多次攻入庄内。守军第2集团军顽强抗击,与日军展开激烈的争夺战。第五战区以第20军团主力向台儿庄机动,拊敌侧背,与第2集团军形成内外夹击之势,并令第3集团军进至临城、枣庄以北,断敌后路。日军为解台儿庄正面之危,速以第5师坂本支队(相当于团)从临沂驰援,进至兰陵北面的秋湖地区,即被第20军团第52军卷击包围。4月3日,第五战区发起全线反攻,激战四天,歼灭日军濑谷支队大部、坂本支队一部共万余人。其余日军残部于7日向峄城、枣庄撤退。
徐州附近地区作战 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。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。