在1938年3月20日的徐州会战中,日军第10师的濑谷支队在连陷临城(现薛城)、枣庄和韩庄后,不顾两侧第5师和濑支队的进攻受阻,孤军深入,目标直指台儿庄,妄图一举攻占徐州。面对这一威胁,中国军队由总司令李宗仁指挥,第2集团军司令孙连仲坚守台儿庄,采取了诱敌深入的策略。汤恩伯将军作为第20军团军团长,与封裔忠一起,主动放弃津浦铁路正面,转而退守兰陵及其西北的云谷山区,伺机打击敌人。
3月23日,日军从枣庄南下,与守军的警戒部队在台儿庄北侧的康庄和泥沟地区发生激战。随后的几天,日军不断猛烈攻击台儿庄,多次突破防线。然而,守军第2集团军表现出极强的战斗意志,与日军展开了激烈的争夺战。第五战区则通过第20军团主力的机动,从侧翼对日军形成威胁,与第2集团军形成内外夹击的态势。同时,第3集团军被部署至临城和枣庄以北,切断日军的后路。
为了解围,日军急调第5师的坂本支队增援,进入兰陵北面的秋湖地区,却在此遭遇了第20军团第52军的包围。4月3日,第五战区发起全面反攻,经过四天的激战,成功击溃日军的濑谷支队大部和坂本支队一部,共计消灭万余敌人。残余的日军在7日被迫撤退,向峄城和枣庄方向退去。
徐州会战,是1938年1月至5月,中国第五战区部队与日军华北方面军、华中派遣军各一部,在以江苏省徐州为中心的津浦(天津至浦口),陇海(宝鸡至连云港)铁路地区进行的大规模的防御战役。其中,三四月间的台儿庄大战最为著名,因围歼日军一万余人,史称之为台儿庄大捷。