就在东线禹王山阻击战和临沂反击战如火如荼之时，第五战区针对第十师团濑谷支队的反击也获得了空前的胜利，孤军深入台儿庄的濑谷支队，遭到孙连仲第二集团军的全力阻击。双方围绕台儿庄展开了殊死争夺，面对拥有强大炮火的日军，第二集团军将士以血肉之躯和对手展开逐街逐户的争夺战，尤其是三十一是池峰城部，虽然危急时刻台儿庄已经十之七八落入日军之手，但他们仍然死战不退，和凶恶的敌人展开白刃战，许多士兵为了阻击日军的进攻，不惜抱着集束手榴弹炸药包和日军坦克战车同归一尽。
为了夺回死去的阵地，孙连仲命令三十一师组织敢死队数百人，半夜冲进日军阵地，用大刀和手榴弹把突入台儿庄的日军击溃，血战终日重新夺回台儿庄四分之三的阵地，把日军逼退到台儿庄的北门。四月六日，战区司令长官李宗仁亲自指挥台儿庄战斗，汤恩伯的援军也已经到达，矶谷师团被孙连仲部消耗得已是强弩之末，日军开始溃退，尸横遍野，丝毫没有抵抗之力。
四月七日，台儿庄战役胜利结束，这一仗中国守军以伤亡三万人的代价，歼灭日军近两万人，这也是抗战以来国民党军在正面战场上的第一次胜利。这场战役后国民党统帅部再一次错判局势，准备趁胜和日军在台儿庄展开决战，一时间徐州城周边大军云集。而日军华北派遣军被台儿庄惨败打醒，暂时收起了狂妄轻敌之心，看到国民党大军云集徐州一线，立刻调集大量精锐部队，准备从南北夹击徐州，歼灭国民党集结在这一线的重兵集团。为此日军调集了第六，第一零一，第九，第十三，第三，第十六，第十四，第十，第一一四，第十和坂原征四郎的第五师团，共十个师团近三十万大军，在优势火力的掩护下，展开猛烈的攻势。
禹王山主阵地，残酷的战斗还在继续，虽然一营已经伤亡惨重，前沿阵地已经被日军炮火摧毁，但他们退到防御纵深阵地继续死守，激战终日伤亡惨重的一营加上随后增援的一八二师三旅的一个营，还有军侦察连和炮兵连等诸多部队，剩余的兵力也不过百余人，要知道按加强营配属的一营辖有四个步兵连，一个炮兵连，一个工兵排还有卫生排，侦察排等辅助部队，兵力近千人，可想而知战斗的残酷和激烈。
张继先已经一天一夜没有合眼，高强度的战斗和高度紧张的思考已经让他没有时间考虑休息的问题，眼看着日军一次次的进攻，他不得不调动仅有的预备队，把突入阵地的敌人赶出去，整整一天一营用巨大的伤亡顶住了日军二十一联队的猛攻，虽然禹王山前沿阵地和黄台山阵地悉数落入敌手，但至关重要的禹王山主阵地依然还在一营手中。
“报告营长，潘长官来了！”“快请！”“继先，你看谁来了！”“婉秋，你怎么来了，这里太危险，你和潘长官赶快撤下去！”“继先，我们也是军人，为什么不能到这里，作为一名通讯情报官，哪里战斗最激烈就应该在哪里，只有这样才有可能掌握敌人的第一手情报！”“那可不行！潘长官，您应该以身作则，这里是前沿，你们不应该出现在这里，需要什么讯息我可以派通讯兵告知二位！”“继先，我知道你很为难，作为你的长官，我更应该留在这里，况且我们冒险前来是为了告诉你一个好消息，唉！本来呢还想逗你一下，但看你那么着急，还是说了算了，婉秋，还是你说吧！”
“是，长官！继先，我已经收到战区长官部的急电，台儿庄战役已经胜利结束，我军取得空前胜利，几乎全歼第十师团濑谷支队并重创坂本支队，另外六十军一八三师先头部队三旅已经抵达禹王山一线！”“太好了！如果他们明天还没有来恐怕我们就只有和小鬼子拼命了，我马上把这个好消息告诉弟兄们！”“唉，看你着急的样子，告诉你吧，台儿庄战役告一段落，日军恐怕暂时不会对禹王山一线发起攻击了，但军部长官的命令是一营连夜撤出禹王山主阵地，转移到后方休整补充！”
“长官，难道我们就把阵地白白交给小鬼子吗？恐怕弟兄们想不通！为了挡住小鬼子，一营几乎全部打光！”“继先，一开始我也想不通，但军人应该以服从命令为天职，既然长官做出了决定，我们就应该遵从，何况战局瞬息万变，你我的角度并不能准确把握整个战局的变幻！”
“没错，继先，我也是刚刚收到一些重要讯息，为了挽回台儿庄惨败的局面，日军很有可能会集结重兵再次发动攻击，虽然我军也集结了近六十万大军，但徐州地区乃四战之地，在没有陆空优势的情况下，我军和日军展开重兵集团会战，本身就是以短击长，凶险万分。”“婉秋说的没错，台儿庄之战我军之胜利，除了众将士不顾生死浴血奋战外，还有就是日军轻敌冒进，让我军抓住了战机！现在日军统帅部已经收起轻敌之心，以两个派遣军司令部十个师团的兵力南北夹击第五战区，这场会战的前景并不乐观！所以我们要做好万全准备！”“是！长官。”
徐州的战局果然出现重大变化，日军一直有歼灭我野战军的企图，今见中国军队云集徐州，便迅速调集第十六，第一一四师团增援北线的第五和第十师团，沿津浦路向南推进，以诱引中国军队主力。以十四师团从濮阳渡黄河进入鲁西南和豫东，断陇海路，从而阻绝援徐州之军，亦断徐州守军退路。以第十三师团在南线的蚌埠，怀远间集结，以第六，第九师团向凤阳，合肥进逼，以一零一师团向苏北攻击。
四月下旬，日军国崎支队主力继续南下，二十四日先占郯城和码头镇，并从码头镇向邳县挺进，但在北劳沟和前后狼子湖附近遭到张自忠第五十九军，攀崧浦第四十六军的坚强抵抗。特别是四十六军系新增援军，战斗力较强。从二十八日到五月一日，张攀两军实施反击，血战三昼夜，给国崎支队以重大杀伤。日军急派片桐联队由兰陵增援国崎支队。国崎支队十日再度反攻，次日攻陷北劳沟，但第四十六军旋即反攻，日军陷入苦战，国崎支队一个混成旅团伤亡大半，仅剩二千余人，被迫后退。
敌长濑支队二十二日由兰陵镇南下，向台儿庄东侧攻击前进，但在这里遭到六十军的顽强抗击。同日，敌军先头部队约一个大队，其前方搜索小队进入瓦房店，并向六十军一八三师先头部队射击，一八三师先头部队杨宏光旅之尹国华营立刻以尖兵连奋勇反击，歼灭了这一小队日军，抢占陈瓦房。日军后续部队蜂拥而至，七八辆坦克伴随步兵，将陈瓦房包围，以坦克火力掩护反扑。
尹国华营里克阻敌掩护后续部队展开，凶猛的日军在坦克掩护下四面向陈瓦房逼近，尹国华营与敌激战，双方反复肉搏，敌军未能进入陈瓦房。旅长杨宏光派一个营前往增援，敌军一面以炮火阻击我增援部队，一面派部队绕过陈瓦房直犯小庄。杨宏光旅一部在小庄附近地区和敌人展开激战。烟尘弥漫火焰冲天。敌军进占陈瓦房后对小庄攻势突猛，副团长黄云龙阵亡，团长重伤。据守陈瓦房的尹国华营奋力以突入阵地的日军白刃争夺，全营营长以下官兵几乎全部阵亡，战至最后仅有十余人在班长带领下突围，在中途又遭日军截击，仅陈明亮一人生还，全营五百余人壮烈殉国，在这一遭遇战中，由于尹国华营坚决英勇的阻击敌军，为全军赢得备战时间。
陈瓦房与敌遭遇同时，邢家楼，五圣堂地区相继展开激战，第一八三师师陈钟书旅奋勇向前，先敌抢占邢家楼，五圣堂，经过反复搏斗，到下午一时，后续部队到达，巩固了阵地，战况好转。约在下午四时，日军又发动第二次进攻，先以猛烈炮火轰击，继而步兵冲锋，遭到我军自己伤亡甚多。战至五时左右，正面之敌难以招架，这时陈钟书旅长亲临前线，指挥部队猛烈冲杀，进入敌阵与敌短兵相接，喊杀之声震天动地，敌阵大乱纷纷向后溃逃。此时忽有敌军骑兵一部绕至陈旅左翼二三百米处向陈旅奇袭，指挥作战的陈钟书旅长头部被敌弹击中倒地，但仍不断大喊冲锋，当晚陈钟书旅长伤重殉国。
六十军一八三师主力和日军在这一带和日军进行了六昼夜犬牙交错的血战，日军终不能突入台儿庄，继而再度转向禹王山，从二十七日起六十军在禹王山，李家驿，火石阜，西黄石山，戴庄一线同日军进行了二十日激战，以伤亡万余人的代价。成功挡住了日军长濑旅团的进攻，歼敌五千余人。五月十五日，鉴于第五战区各部又被日军重兵集团合围的危险，武汉最高军事会议决定放弃徐州，第五战区各部向日军兵力不足的西南向豫，鄂，皖地区突围。各部浴血奋战相继突出日军重围，完成了战略转移。
