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。