3月18日，日军矶谷师团濑谷支队攻陷滕县后，当晚攻占临城，以一部沿津浦线南下。
于3月20日攻占韩庄，企图直犯徐州，遭到布防于运河沿线的第52军郑洞国第2师的阻击。
另一部福荣大佐的第63联队沿临赵墩铁路于3月18日攻占枣庄，3月20日攻占峄县城，矛头直指台儿庄。
3月20日，日军矶谷师团借攻克滕县之威，在飞机的掩护下，集中4万人，配以坦克、大炮，向台儿庄发动了猛烈的进攻，企图一举攻占徐州。
第5战区司令李长官以孙连仲的第2集团军率部固守台儿庄，第20军团的军团长汤恩伯、和其参谋长封裔忠率部让开津浦铁路正面，转入兰陵及其西北云谷山区，诱敌深入，待机破敌。
国军这边关于台儿庄战役的意图和部署是：以擅长固守的原西北军孙连仲的第2集团军防守台儿庄运河一线，一方面防堵日军进窥徐州，一方面将骄狂冒进的矶谷师团吸引到峄县南部地区，而后以隐藏于峄县东北山区的汤恩伯的第20军团拊敌侧背，加以聚歼。
日军的作战意图是：确保韩庄、台儿庄一线，并警备临城、峄县，同时用尽可能多的兵力向沂州方面突击，协助第5师团战斗。
3月23日，日军由枣庄南下，在台儿庄北侧的康庄、泥沟地区与我军的守军警戒部队接战。
为诱敌深入，第31师刘兰斋连长率骑兵连从台儿庄出发，向峄县方向搜索前进，91旅旅长乜子彬率183团跟进，在峄县城南20里康庄与日军遭遇。
台儿庄地区战斗正式打响，中国军队马队为诱敌深入边打边撤。
3月24日，日军逼近台儿庄开始向台儿庄地区大举进攻。日军在台儿庄北五里刘家湖村设有炮兵阵地，排列10门大炮，向台儿庄猛轰。
91旅183团3营营长高鸿立率领士兵，每人一把大刀，8颗手榴弹，杀入敌人炮兵阵地，砍得敌人无法招架，弃炮而逃。当时台儿庄战场上流传着“活张飞大闹刘家湖的佳话”。
3月24日，日军2000多人在飞机、大炮和坦克的配合下，开始向台儿庄大举进攻。
坚守台儿庄北门的186团1营在王震团长和姜常泰营长的指挥下顽强抵抗，并在城北门外与日军展开白刃战。打退日军的多次进攻。1营是新兵，几乎全牺牲在台儿庄北门。
王震团长也亲自架起机枪向城外日军扫射，当晚，日军200人突破小北门，躲进小北门附近的泰山庙，王震团长亲率将士围攻泰山庙之敌，终将其消灭。
3月24日起，日军反复向台儿庄猛攻，并多次攻入庄内。台儿庄守军第2集团军顽强抗击，与日军展开激烈的争夺战。日军猛攻3天3夜，才冲进城内。
3月27日，得到增援后的日军对台儿庄城发动第3次攻击。日军炮轰台儿庄围墙，北城墙被炸塌，小北门亦被毁，守卫小北门的181团3营官兵牺牲殆尽。
300多日军突入城内，惨烈的巷战开始，城内中国守军同日寇展开了激烈的巷战。尽管日军占据了全庄的三分之二，但坚守在南关一带的中国守军至死不退，死守阵地，目的是为了外线部队完成对日军的反包围。
这是第5战区司令李长官早已制定好的作战计划，让参谋长封裔忠部以部分兵力死守台儿庄，守军尽量拖住敌人，以便庄外的大军将日寇团团围住，来个瓮中捉鳖。
3月28日，日军攻入台儿庄西北角，谋取西门，切断中国守军第31师师部与庄内的联系。守卫的三十一师师长池峰城立即组织敢死队，准备夺回阵地。战士们知道此去九死一生，依然踊跃报名。
池峰城宣布：“每名敢死队赏大洋30块。”
报名的战士当即表示：“要钱干什么？我们打仗是为了不让我们的子孙后代去做日本人的奴隶，是要争取民族的生存。”
敢死队趁夜色冲入敌阵，白刃战中，有的受了伤，又从血泊中爬起来，用大刀砍杀日军，有的拉响身上的手雷和日军同归于尽。
阵地夺回来了，57名敢死队员却只剩下11人活着回来！
汤恩伯军团关麟征的第52军和王仲廉的第85军在外线向枣庄、峄县日军侧背攻击。
3月29日，日军濑谷支队再以兵力支援，并占领了台儿庄东半部。
3月31日，国军守军将进入台儿庄地区的濑谷支队完全包围。是时，坂本支队由LY转向台儿庄驰援，到达向城、爱曲地区，侧击第20军团。
第20军团当即命令第52军和刚到的第75军围攻坂本支队。激战数日，予以日军以重创，使其救援濑谷支队的计划落空。
矶谷师团见救援无望，决定以死相拼，一个个杀红了眼。
国军部队虽以5倍的兵力围攻，并付出极大的伤亡代价，但难以将敌人消灭，战争一时呈胶着状态。
4月3日，第5战区司令李长官下达总攻击令。第20军团汤恩伯部之第52军、第85军、第75军在台儿庄附近向日军展开猛烈攻势。
日军拼力争夺，占领大部分街市。国军部队与日军展开街垒战，逐次反击，肃清日军，夺回被日军占领的街市。
4月4日，中国空军以27架飞机对台儿庄东北、西北日军阵地进行轰炸。当晚，日军濑谷支队力战不支，炸掉不易搬动的物资，向峄县溃逃。
4月6日，第5战区司令李长官赶到台儿庄附近，亲自指挥部队进行全线反击。
4月7日凌晨1时，中国军队吹响了反攻的号角，以孙连仲第2集团军为主组成的左翼兵团和以汤恩伯第20军团为主组成的右翼兵团在台儿庄及其附近地区大举反攻。
一直防守遭攻的孙连仲部，听说反击，神情振奋，命令一下，杀声震天。双方便展开了巷战、肉搏战，一时间，台儿庄城内枪林弹雨，血流成河。
日军头一次遭到了国军部队如此顽强的进攻，很快便溃不成军。台儿庄北面，枪炮声渐密，汤恩伯军团已向敌人开火。
矶谷廉介中将知道自己的部队已陷入反包围圈，开始动摇，下令部队全线撤退。此时日军已成强弩之末，弹药汽油也用完，机动车多被击毁，全军丧魂落魄，狼狈逃窜。
第5战区司令李长官命令部队猛追，日军遗尸遍野，各种辎重到处皆是，矶谷廉介中将本人率残部拼命突围。
激战4天，国军部队重创日军濑谷支队、坂本支队，其余日军残部于4月7日向峄城、枣庄撤退。至此台儿庄战役胜利了。
台儿庄战役，历经月余，中国军队毙伤日军11984人，俘虏719人，缴获大炮31门，装甲车11辆，大小战车8辆，轻重机枪1000余挺，步枪10000余支。
日本华北方面军参谋部第三课在1938年6月对台儿庄战役前后日军伤亡的一个统计数据为第5、第10师团合计伤亡11984名。
其中第五师团2月20日至5月10日共战死1281人，受伤5478人，第十师团3月14日至5月12日战死1088人，受伤4137人。
台儿庄战役以毙伤日军一万多人的战果成为中华民国抗战以来最大的胜利，日军精锐第10师团遭到毁灭性打击，精锐第5师团遭到重创。
但是南北两线的日军源源不断增兵，这次胜利没有扭转徐州战场的局势。
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1938年4月初，太谷县城门前。
李云龙跟着八路军情报人员曹永安一起，赶着马车，来到太谷县城。马车上装的全是八路军烟厂生产的香烟。
太谷县城门前有日军和伪军一起守门，曹永安走上前去，轻车熟路的对着伪军排长白亮子说道：“白老总，是我，小曹，这是去进货，刚回来，您多照顾。”
说着话，曹永安不动声色的塞了2盒香烟到白亮子的裤兜里。白亮子看到了曹永安塞得香烟，脸色好看了不少，于是问道：“跟着你的这个伙计面生啊！新招的？”
“对对对，新招的，很能干活儿，有膀子力气！麻烦您跟太君说一声，让我们带着货物进城。”曹永安说道。
白亮子走到守门的日军跟前，掏出来一盒刚才曹永安塞到他裤兜里的香烟，把香烟顶上撕开一个小口，然后弹了两下香烟盒的底部，弹出来一根香烟。
他拿着香烟，恭敬地送到日军龟田小队长眼前，龟田小队长不屑的看了他一眼，然后把香烟叼在了嘴上，白亮子赶紧给龟田小队长把火儿点上。
日军龟田小队长抽了两口，突然觉得比自己以往抽的香烟味道要好，于是龟田小队长有点惊奇的问道：“白桑，这个香烟滴，什么滴干活？吆西！味道不错滴干活！”
白亮子赶紧低头哈腰的对着日军说道：“报告龟田小队长，这个是大英牌的香烟，进口货！这个小曹才去进的货！太君喜欢？我让他送您两条！这个小曹，良民滴！”
日军龟田小队长满意的“嗯”了一声。
白亮子跑过来对着曹永安说道：“小曹，太君说啦！你是良民，赶紧的，送太君两条香烟，就让你进去了！快点的！我这可是帮你说了不少好话啊！”
曹永安连忙从装货物的木箱里面，拿了两条香烟出来，塞到白亮子手里。
白亮子拿着香烟，屁颠屁颠的跑回龟田小队长跟前，表功一样把两条香烟送到龟田小队长手里。
龟田小队长很满意，夸奖道：“白桑，你的，大大滴好！这个小曹滴，良民滴干活！让他们快快滴进城！”
白亮子回头对着曹永安喊道：“行啦，赶紧进城吧！太君同意啦！”
于是曹永安和李云龙一起，赶着马车，进了太谷县城。