日军1937年12月13日占领南京后，侵略气焰更加嚣张，于12月24日和27日占领了杭州和济南。在此期间，日军华北方面军多次向统帅部提出“为使华北、华中连接起来，进行徐州作战以及对武汉之敌施加威压”的建议。为了迅速实现灭亡中国的侵略计划，连贯南北战场，日军决心以南京、济南为基地，从南北两端沿津浦铁路夹击徐州。

徐州是津浦、陇海两大铁路干线的交叉点，又紧靠沟通南北的大运河，从水陆两方面都是江苏、山东、河南、安徽四省的要冲，所以自古都是兵家必争之要地。从当时的军事形势来看，如果中国军队能控制住徐州，不仅可将日军隔绝于津浦路的南北两端，北可威胁济南，南可进逼南京；而且可保住横贯东西的军事大动脉—陇海路，确保郑州和平汉铁路南段的侧背。相反，一旦日军夺取了徐州，便可沿陇海路西进，利用中州的平坦地势，发挥其机械化部队的威力，直扑平汉路，歼灭郑州、武汉之间中国军队的主力，一举占领武汉。既然徐州有如此重要的战略地位，蒋介石于南京失守后亲临津浦前线归德（今商丘）督战和召开军事会议，下令拘捕了防守山东一溃千里的著名逃将韩复榘，会后在武昌不经审判对其执行枪决。随后，蒋介石在武汉部署徐州会战，集结重兵于津浦铁路南北两端，以迟滞日军溯江西进武汉。同时任命第五战区司令长官兼安徽省主席李宗仁驻守徐州，具体指挥这次会战。

（一）津浦路南段的阻击战和临沂、滕县保卫战

日军华中方面军攻占南京后，随即以部分兵力渡江北犯。其第十三师在翼侧日军的配合下，沿津浦路北上，侵占滁县、来安、六合、全椒地区后，于1938年1月中旬继续北进，向定远、池河、明光（今嘉山）一线发起进攻。此时，中国守军第十一集团军第三十一军和第五十一军，在空军支援下阻击敌人，在淮河两岸与日军展开激战。日军占领明光、池河后，于2月初占领临淮关、凤阳、蚌埠，并在2月9日强渡淮河。这时，第五战区急调第二十七集团军第五十九军、第二十一集团军第七军增援。

2月10日，中国军队于学忠之第五十一军所属第一一四师，在王庄阵地同日军展开激烈争夺，几经血战阵地失守，中国军队伤亡2000余人。2月13日，张自忠率第五十九军抵达淮河流域，在瓦罐集、姚集、固镇、蒙城一线，接替第五十一军战斗。与此同时，第二十一集团军到达合肥、舒城、八斗岭、下塘集之线。中国军队以第五十一军、第五十九军在淮河北岸节节抵抗；以第四十八军固守炉桥、洛河一线；第三十一军和第七军对日军侧背进行袭击。2月11日，第三十一军围攻上窑，守军冲入圩内与敌肉搏，敌3000余人向考城逃窜，日军被歼100余人。

2月16日，第七军由张桥镇、老人仓一线向池河、定远日军展开侧击，并一度攻入桑家涧，日军不得不抽调淮河地区主力6000余人增援该地区。当日军回援淮南之时，张自忠之第五十九军乘机向火神庙、新桥日军反攻，敌退向曹老集。第五十九军分向苏集、湖口子、曹老集、王庄之线推进，将日军驱逐至淝河南岸，并朝淮河北岸推进。日军因腹背受敌，无力再向北进攻，乃全部退回淮河南岸。第五十九军乘机反击，夺回淮河北岸阵地。津浦路南段形成隔河对峙之势。

（二）临沂和滕县保卫战

坂垣和矶谷两师同为日军中最精锐的部队。1938年1月初，这两个师以台儿庄为会师目标，并策应津浦路南段敌军的攻势，企图合攻徐州。

1月12日，日军坂垣第五师从潍县向南进迫临沂，企图与津浦路上的矶谷师取得呼应，齐头猛进，一举围歼徐州之中国守军。2月上旬，临沂告急。该地为鲁南军事上必争的重镇，得失关系全局。但值此紧急关头，并无总预备部队可资调遣，李宗仁只好就近抽调原守海州的庞炳勋军团，前往临沂，堵截敌人前进。庞炳勋军团原属国民政府蓄意遣散的“杂牌部队”，号称1个军团，其实只有5个步兵团，实力尚不够1个军。其指挥官庞炳勋年逾花甲、久历戎行，但一贯以避重就轻、保存实力著称。上海会战失利后，国民政府军精锐部队元气大伤，组织徐州会战不得不调集杂牌部队补充实力，庞炳勋部遂编入李宗仁指挥的第五战区。为鼓励国民党非嫡系部队英勇作战，李宗仁曾亲自召见庞炳勋，坦诚相谈，庞深受感动，表示一定同敌人拼到底。

2月下旬，敌我两军在临沂县城发生攻防激烈的战斗，庞炳勋部果不食言，英勇抗击来犯之敌。敌军以1个师的优势兵力，并附属山炮一团、骑兵一旅，向庞部猛扑。庞炳勋率兵据城死守，敌军经数日夜的反复冲杀，伤亡枕藉，竟不能越雷池一步。

当时随军在徐州一带观战的中外记者与将领不下数十人，大家都想不到最优秀的一支“皇军”，竟受挫于不见经传的支那“杂牌部队”。一时中外哄传，彩声四起。坂垣征四郎因有失颜面，督战甚急。临沂守军渐感不支，连电告急。

李宗仁遂急调张自忠统率之第五十九军，驰援临沂。张与庞原同属冯玉祥的西北军。1930年中原大战时，庞炳勋率部投靠蒋介石，曾数次攻击张自忠部，因此二人宿怨甚深。但值此民族危亡关头，张自忠完全拋弃个人宿怨，立即率部以急行军出发，于3月10日黄昏后赶到临沂郊外，救援庞炳勋部。翌日凌晨，当敌军攻城正急之时，第五十九军先与守城部队取得联系，约定时间向敌人展开全面反攻。庞炳勋见张自忠深明大义，以德报怨，十分感动。守军见援军已到，士气大振，开始出击。张、庞两军内外夹攻，如疾风暴雨，敌军见势不妙，仓皇撤退。经一昼夜穷追猛打，敌军无法立足，一退90余里，缩入莒县城内，据城死守。这一战，张、庞两部伤亡3000余人，毙伤敌军亦约3000人，沿途处处可见敌人遗尸。

3月20日，第五十九军调往费县方面作战，日军第五师增援到达后，于23日再攻临沂。庞部损失甚重，形势危急，第五十九军再次受命驰援。24日，第五十九军在临沂西北向日军发起进攻，并分出一部增援庞部。激战至29日，日军损失惨重，第五十九军全线出击，日军被迫撤退，又取得第二次保卫临沂的胜利。这两次胜利，造成台儿庄大战前一出辉煌的序幕战。将坂垣、矶谷两师团在台儿庄的会师计划彻底粉碎，致使矶谷师团孤军深入台儿庄，形成围歼的契机。这时，沿津浦线南下的矶谷第十四师，因受益于韩复榘的不抵抗，迅速向南推进。2月7日，李宗仁令第三集团军反攻济宁、汶上。第二十二师曾攻入济宁城内，与敌巷战；随后反攻新泰、蒙阴，开收复蒙阴。该集团军虽伤亡3000多人，也歼敌1000多人，吸引了日军矶谷师一个旅的主力，有力支持了津浦路正面的作战。

3月12日，日军矶谷师开到邹县。第五战区为阻敌南进，急调刚刚从第二战区调至第五战区的第二十二集团军之第四十一军，固守滕县。第一二二师师长王铭章率师部及三六四旅旅部移驻滕县，任第四十一军前方总指挥。王铭章所在之川军，装备落后、素质低下，历来为国民政府中央军瞧不起。此次请缨出川参加抗战，竟不为第一、第二战区接收，方调入第五战区，川军将士无不心中窝火。接受守滕县的任务后，王铭章激励将士们说：“以川军薄弱的兵力和窳劣的武器，担当津浦线上保卫徐州第一线的任务，力量不够是不言而喻的。我们身为军人，牺牲原为天职，现在只有牺牲一切以完成任务。虽不剩一兵一卒，亦无怨尤，不如此则无以对国家，更不足以赎川军20年内战之罪愆！”

14日拂晓，日军3万多人在飞机和战车的掩护下，从邹县、两下店分4路向界河猛攻。王部奋勇迎击，与敌激战竟日。15日日军突破界河阵地向滕县迫近。当时滕县周围只有1个营及3个连的兵力，人数不到3000，只是日军的1/10。

16日黎明，日军在飞机、战车及重炮配合下，向滕县猛攻。王铭章决心与滕县共存亡，冒着枪林弹雨，亲临东关督战。所部前仆后继，一次次打退敌人的进攻，东关失而复得。

17日晨，日军从东、南、北三面包围滕县，几十门大炮向城内猛轰，20多架飞机低空扫射，全城硝烟弥漫，火光冲天。日军在10多辆坦克的掩护下，向东寨墙缺口冲锋。王部组成了血肉长城，顽强阻敌。战至下午2时，南关、东关相继失守，守军死伤无数。王铭章决心与城共存亡，

站在城中十字街口督战，指挥士兵沿街逐巷与日军激战。鏖战至5时，日军攻入西城，从南、西南两面向十字街口射击。王铭章率部从西北角登上城墙，继续拖住敌人。由于敌人火力猛，王铭章身中数弹，壮烈殉国，时年45岁。同时殉国的还有参谋长赵渭滨。滕县城内守军与入城日军浴血巷战，除极少数突围外，其余均为国流尽最后一滴血。川军以寡敌众，不惜重大牺牲，阻敌南下，达成作战任务，写出川军史上最光荣的一页。对此，第五战区司令长官李宗仁给予高度评价：“若无滕县之死守，焉有台儿庄之大捷；是台儿庄之战果，实滕县先烈造成之也。”