第五战区司令李宗仁率领桂系军、东北军、西北军、滇军、川军、中央军与日本寺内寿一华北方面军、畑俊六华中方面军围绕徐州地区展开了一场大型会战。血战台儿庄就属于这场会战。

沂河驰援临沂。
3月14日-3月18日 张自忠第59军、庞炳勋第3军团大败板垣征四郎第5师团于临沂，后者逃至莒县。
3月14日矶谷廉介第10师团沿津浦路南下进攻滕县。
3月15日 于学忠第3集团军放弃鄒县战线，撤退至滕县。
3月17日 孙震第41军第122师师长王铭章死守滕县至阵地全毁，阵亡。
3月20日板垣征四郎第5师团得到酒井旅团的支援，再次向临沂进攻，张自忠第59军立即回防，之后坂本支队由青岛赶到，也支援第5师团临沂作战。
3月21日至3月25日孙连仲第2集团军已赶至徐州，开始在台儿庄布防，汤恩伯第20军团渡过大运河，开始于矶谷廉介第10师团接战。同时，第10师团为减少第5师团压力，转向东而南下占领临城、枣庄。第85军、第52军赶到前线。
3月25矶谷廉介第10师团进攻台儿庄外围阵地，孙连仲第2集团军死守台儿庄，同时汤恩伯第20军团在外围运动战配合作战。
3月27日 蔣介石率领军委会高参白崇禧，林蔚亲自前往徐州督战，特別将到手的155巨砲支援作战。
3月28日 汤恩伯第20军团对台儿庄的日军进行合围。
3月29日坂本支队朝台儿庄进攻，汤恩伯移动关征麟第52军，令坂本支队陷入口袋，日军援兵一度令台儿庄战事吃紧，然而汤恩伯重新包围日军。
3月底孙连仲第2集团军增援台儿庄。
4月6日 坂本支队发现情势不利，独自向北撤退，台儿庄指挥作战的日军瀨啟谷部，眼见援军突然后撤，而华军又再度合围，当机立断，烧毁所有重装备，然后全力突围。
4日7日 李宗仁下令所有参战华军，全力扫荡，板垣征四郎第5师团奋力救出矶谷廉介第10师团，日军死亡人数超过16000人，台儿庄大捷。
4月 大本营下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。
蔣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。
日军以主力牛岛贞雄第18师团，配合关东军第3、13混成旅团，沿津浦路的济宁南下，进攻徐州西部。末松茂治114师团抵达之后，立刻接防矶谷廉介第10师团，由矶谷廉介第10师团参加牛岛贞雄第18师团围堵华军西方撤退的通路。
5月12日寺内寿一华北方面军香月清司第1军调来的土肥原贤二第14师团凌晨从濮县突破天堑，强渡成功。
5月13日土肥原贤二第14师团由
菏泽渡黄河，准备在远方截断陇海路向西的交通。
5月14日 占领菏泽。畑俊六华中派遣军萩洲立兵第13师团，吉住良辅助第9师团强渡淮河，北攻徐州，主力经由宿县，而扑向徐州西方的陇海路要地碭山，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，另外又派藤田进第3师团以及两个支队北上，直逼