1月15日，日军第13师团第26旅团由滁县沿津浦路向北进攻，中国守军以运动防御逐次退守池河西岸，日军于18日占领明光。1月26日，日“华中方面军”下令，命第13师团“歼灭凤阳、蚌埠附近之敌”，第13师团遂部署3路向北进攻；第26旅团长沼田德重率步兵4个大队、配属山炮2个大队，为东路，从明光渡池河，沿津浦路向蚌埠进攻；第13师团长荻洲立兵自率主力为中路，从滁县出发，在池河镇渡池河，由总铺、凤阳向蚌埠进攻；第65联队长两角业作率步兵3个大队、配属山炮1个大队，为西路，从全椒出发，在大桥镇附近渡池河，经定远、西三十里店、年家岗，迂回至高塘湖北端之上窑地区，掩护并准备策应东路军、中路军的作战。经激烈战斗后，三路日军先后突破池河防线，进至西岸。守军第31军按李宗仁的命令，将主力西撤至蚌埠西淮南铁路一带，待命侧击北进之敌，以一部兵力在淮河、池河之间进行逐次抗击。东路日军于28日渡过池河，2月1日攻占临淮关，2日占领蚌埠；中路日军于29日渡过池河，2日占领凤阳；西路日军于28日渡过池河，2日占领定远。
当日军强渡池河时，李宗仁为加强南线的防守力量，急调第51军由砀山南下增援。第114师首先到达，立即在蚌埠至五河间淮河北岸布防，并赶修工事。日军第26旅团于1日攻占临淮关，次日晨在主力进攻蚌埠的同时，派出1个大队，在飞机、炮兵火力掩护下，由淮河向南凸出处强渡淮河。激战4小时，被守军第340旅击退。蚌埠守军于2日退向淮河北岸，并炸毁了淮河大桥，但原停泊在南岸的数百艘民船未及撤走。2月3日，攻占蚌埠的日军第26旅团又以约2个大队的兵力乘民船在蚌埠以东实施强渡。防守该段的第342旅英勇抗击，但仍有一部日军登上北岸。2月4日晨，第51军的第113师车运到达，与第114师协同反击，将已登上北岸之敌击退。但当日日军第26旅团另一部兵力在蚌埠以西渡过淮河，攻占怀远，进抵涡河南岸；第65联队亦进至上窑。第51军调整部署：命第113师及安徽省保安第2团防守小蚌埠（在蚌埠北，为淮河北岸的小镇）至怀远、涡河北岸一带河岸阵地；第114师在其左翼，防守临淮关北岸至西门渡河岸阵地。军部位于固镇。
2月8日，日机20余架轰炸小蚌埠，立即又以炮兵进行火力准备，将河岸防御工事全部摧毁。千余日军在炮火掩护下乘民船、汽艇实施强渡。守军顽强抗击，两次击退渡河日军。当晚23时，日军又进行夜间强渡，一度登上北岸，攻占了小蚌埠。第113师师长周先烈令第337旅反击，激战至9日1时，恢复了阵地。10日拂晓，日军再次发动大规模的强渡进攻，10时前后攻占了小蚌埠。第113师全力反击。双方反复争夺多次，小蚌埠终于为日军占领。
2月10日，与侵占蚌埠日军发动进攻的同时，侵占临淮关的日军亦发动强渡进攻，6时前后首先突破晏公庙沿岸阵地，不久占领梅园子、前坂子、新庄等地。第114师师长牟中珩令第340旅组织反击，“浴血肉搏”一整日，夺回新庄、梅园子等部分阵地。但至11日，日军后续部队渡过淮河，第114师伤亡2000余人，终因兵力、火力不足，无力恢复及守住沿河岸的阵地，被迫撤至沫河口、年家庙之线。由于沿岸阵地多处被突破，许多守军部队因军官阵亡而失去指挥。为集中力量、整顿部队，第51军军长于学忠下令全军于11日夜向淝河附近之何集、新马桥之线转移。
2月13日，李宗仁将刚刚转隶五战区的张自忠之第59军调至固镇附近，接替了第51军的防地。第51军撤至西寺坡车站一带休整。第59军部署第38师（欠第81旅）防守固镇以西瓦疃集至杨店子之线，第180师防守杨店子至固镇东南徊小楼之线，军部位于任桥。此时日军第13师团主力的大部进至淮河以北。李宗仁命第31军由淮南铁路向上窑、凤阳，令新隶五战区的第21集团军第7军由合肥向明光、定远分别实施侧击；同时要求空军支援，轰炸蚌埠、临淮关之敌，迫使日军将已渡淮北的主力撤回淮南，以加强蚌埠及津浦铁路的防守。张自忠乘机于15日令第180师和第38师各组成一个加强团，向小蚌埠之敌实施反击。经战斗，收复小蚌埠，淮河以北的日军全部撤回淮河以南。
2月17日后，津浦路北段形势趋紧，日军开始由济宁向运河以西的第3集团军进攻。20日，李宗仁按蒋介石的指示，电令“张自忠即调赴临城待命”。津浦路南段仍由于学忠的第51军防守，暂时与日军隔淮河对峙。
（三） 鲁南反击战
1938年2月上旬，当南线战场中日两军正在蚌埠地区淮河南岸进行激烈的渡河攻守战斗时，第五战区为防止北线日军乘机南下，遵照军事委员会的意图，采取以攻为守的战术，于2月6日命令第3集团军向济宁、第22集团军向邹县、第3军团向蒙阴发动攻势。各部分别进行了反击的准备。
第3集团军当时仍防守于鲁西南地区，总司令部位于曹县，第12军驻定陶、城武地区（其第28旅在东平、长清一带活动），第55军驻金乡（总司令部直属之刘耀庭部游击队在汶上以北的袁口、铁庙镇一带活动）。代总司令孙桐萱接受的任务主要是以主力攻占济宁，以一部攻占汶上，尔后向济宁、兖州间实施侧击，策应主力作战；目的是确保陇海铁路的安全和威胁沿津浦路南下日军的右侧翼，相机切断津浦铁路之交通。
日军于1月4日占领兖州、曲阜，6日占领邹县，11日攻占济宁。此时，济宁日军为第2军第10师团第8旅团的第39联队主力，约1500人，大部控制于南关，城中守卫部队约400余人；汶上日军为第39联队的第3大队，约500人。第8旅团主力与第10师团司令部位于兖州。孙桐萱于2月10日下令，命第55军由金乡向济宁南关之敌进攻；命第12军的第22师由定陶经巨野、嘉祥迂回至济宁以北的二十里铺附近，尔后向济宁北门进攻，协同第55军收复济宁城；命第81军对汶上之敌进行袭扰。规定2月12日拂晓前到达进攻出发地位，12日开始进攻。
曹福林的第55军派出一部兵力前进至济宁西南安居镇附近运河西岸，进攻开始时仅以第171团及第439团各一部渡河，向济宁火车站及西关等地进行袭扰，并未以主力实施进攻，不久即为日军击退。
谷良民的第22师到达嘉祥以东的运河西岸后，部署以第64旅为主攻部队，第66旅为预备队，随师部控制于运河西岸。第64旅由大长沟通过运河木桥，于12日拂晓前到达进攻出发地位；第127团控制于二十里铺，掩护主力进攻，对汶上日军进行警戒；第128团及第129团秘密配置于济宁北关两侧，旅部推进至兴文镇。根据事先侦知的情况，本来预定天明后以小分队化装成居民潜入城内，然后发起进攻，里应外合，控制城门，歼灭城内日军。但日军已有觉察，当天未开东、西及北城门。第64旅旅长时同然急令北关的两团改为攀城强攻。12日22时左右开始用长梯多路同时攀城进攻，伤亡甚众。后在西北城角处击坍一段城墙，约有9个连从缺口突入。日军第39联队大佐队长沼田多稼藏将主力调入城中增援，首先以反冲击控制了城西北角的缺口，切断城内外中国军队的联系，然后向突入城中的部队发起围攻。双方在北大街及城西北隅关帝庙一带展开了激烈的肉搏巷战，逐屋争夺。突入的部队孤军奋战，弹药及人员均得不到补充，血战一日夜，至14日拂晓，9个连的勇士全部壮烈牺牲。在城北的第64旅残部，13日23时接到孙桐萱令其向运河西岸撤退的命令，在当地群众协助下，从北关外小道通过沼泽地转移至运河东岸，由第66旅接应，用民船渡过运河，到达西岸。掩护撤退的后卫营损失较大，营长战死；负责接应的第66旅旅长薛明亮亦中弹负伤。第3集团军实际参加进攻济宁战斗的不过1个旅的兵力。在人员不占真正优势、武器装备处于绝对劣势的情况下实施攻坚战斗，虽然广大爱国官兵拼死奋战，仍不可能实现军事委员会及第五战区的战略企图。
展书堂的第81师于12日夜开始进攻汶上城，一度攻入北关，受日军猛烈火力袭击，伤亡甚众。由于济宁方面的第64旅已撤回运河西岸，第81师亦主动撤至开河镇附近，沿运河之线防守。
2月17日，日军第2军参谋长铃木率道少将按照军司令官的意图，指示第10师团师团长矶谷廉介，令第8旅团旅团长长濑武平少将指挥以步兵约4个半大队、山炮兵1个中队为基干的“长濑支队”，于20日开始向运河防线的中国军队发起进攻。经5日战斗，25日日军突破运河防线，26日攻占嘉祥。日军占嘉祥后留一部兵力防守，主力集结于济宁。第3集团军在逐次抗击后，撤至巨野、独山镇、大义集、孟家屯、相里集之线防守。
在第3集团军向济宁、汶上进攻的同时，第22集团军也开始向邹县之敌实施进攻。第22集团军于1938年1月上旬由陇海路的商丘、砀山地区转移至滕县、临城地区，以阻止因韩复榘擅自撤退而得以轻易、迅速进至邹县地区的日军。第45军的第125师在界河东西之线占领阵地，第127师随军部控制于滕县地区，第41军、第124师的第372旅担任滕县城防，第370旅配置于滕县西北的深井掩护第125师阵地左侧背，师部位于利国驿；第41军第122师为总预备队，随总司令部位于临城地区。当时邹县日军为第2军第10师团第33旅团的第63联队，有1个大队在两下店占领前哨阵地。
2月上旬，第22集团军接到向邹县之敌进攻的命令，孙震立即开始准备。由于该部减员太多且装备低劣，无力组织大规模的进攻，因此令第125师的第737旅由界河进攻两下店，令第127旅的第575团挺进至邹县、曲阜间，在敌人后方进行游击袭扰。
2月14日，第737旅以第746团、配属地方抗日红枪会数百人担任主攻，以第745团占领铁路及郭山进行掩护。第746团命第3营对两下店实施夜袭。两次袭击均被击退。16日下午，又以第1、第2营实施强攻，以第3营为预备队。经激烈战斗，于傍晚冲入村中，占领了两座楼房。但在日军猛烈的火力袭击下伤亡过半，被迫于拂晓前突围，退至郭山。17日14时，两下店日军开始反击。在进行了反复争夺后，第737旅于18日退至香城、普阳山一线，与日军对峙。
奉命渗入敌人后方的第575团，在当地抗日武装及人民群众的积极配合、支援下，于2月11日进至曲阜以南的九龙山一带。14日，在邹县至曲阜公路两侧的小雪村、凫村附近，先后以伏击战消灭了两批日军，击毁汽车4辆，击毙日军第10师团少将军官1名、士兵30余人。15日，日军由曲阜、邹县对进合击。第575团东撤至距邹县约16公里的田黄镇，尔后返回滕县防地，归还建制。
庞炳勋的第3军团于1938年2月上旬从海州调至临沂，中旬集结、布防完毕。日军第5师团于1月4日攻占蒙阴、沂水，10日攻占潍县。同日日本海军登陆占领青岛。此时诸城亦为日军占领，第3军团未能实施攻势作战即构筑工事，向蒙阴、沂水、诸城方向警戒。
2月21日，日军第5师团依照军参谋长17日关于以1个支队配合第10师团的作战、向沂州方面前进的指示，派第21旅团的第21联队由潍县乘车南下进攻莒县。当时莒县地区仅有刘震东的第一游击队及沈鸿烈的海军陆战队，力量不足。第五战区遂电令第40军派军支援。庞炳勋乃令第115旅配属2门山炮往援。该旅于2月26日到达莒县附近，但莒县已于23日失守，刘震东牺牲，海军陆战队已转移至高里附近。这时日军以坂本顺少将的步兵第21旅团为基干组成的坂本支队正西进准备进攻临沂。坂本支队的编成为：步兵第11联队（欠1个大队），步兵第21联队，步兵第42联队的1个大队，野炮兵第5联队，山炮兵1个中队。
27日，日军坂本支队向第115旅发起进攻。经两日战斗，第115旅虽然顽强抵抗，但人力、火力均处于劣势，且伤亡又大，不得已主动炸毁2门山炮后于29日下午后撤，3月2日退回相公庄整顿。日军尾随第115旅追击前进，于3月5日攻占汤头。当其继续向白塔主阵地进攻时，遭到第39师防守部队的坚决抗击。庞炳勋组织了反击，由左、右两翼向敌人侧后迂回。日军被迫退回汤头，暂时形成对峙。
六、 会战前期——台儿庄作战
日本“华中派遣军”及“华北方面军”虽然在南北两线的淮河及济宁等地遭到了中国军队的坚决阻击及反击，受到一定的挫折，但得意于上海的胜利及南京、山东的轻易占领，不正确地判断了战争的发展趋势，认为在国际上“由于德国承认满洲国”，英国已“修订了对外政策，在欧洲接近德、意而自求安定，在远东缓和支持中国政权的态度，采取保持本国权益第一主义”，“国际形势大局正朝着对我有利的方向发展”；特别是错误地低估了中华民族的抗战决心，认为“中国的一般政局是逐渐丧失长期抗战的自信，外则失去各国支援，内则出现各种内政问题（指地方与中央、共产党与国民党以及国民党内部派系之间的矛盾），现在正踏上崩溃之途”。对中国军队的看法则带有极大的片面性与盲目性，认为“在此次事变中，中国军队受到的损失，仅在华中方面就有40余万，连同华北方面合计约为80万左右；而且蒋介石多年苦心训练的、占中央军大部约六七个师，在华中方面受到彻底打击，大部分已丧失战斗能力”，因而他们不同意日军大本营的判断和暂时“不扩大方针”。尤其是“华北方面军司令官寺内寿一大将，对中央意图不满”，坚持他“使华北、华中联接起来，进行徐州作战”的主张，并在2月下旬向到北平传达“战场不扩大方针”的参谋本部第二课（即作战课）课长一再强调他的意见。他积极支持第2军继续向南入侵的企图，并于3月初�