(一) 双方的作战计划及指导
日本大本营本来因为准备不足而决定暂不扩大战场，但在台儿庄会战期间“看到在台儿庄方面有大量中国军队，特别是汤恩伯军团的出现，认为给蒋介石的主力一次大的打击，是挫伤敌人抗战意志的大好机会，因此决定进行徐州作战”。4月3日即向侵华日军传达了预先号令，并将华北、华中日军的参谋召回东京，进行了研究。4月7日正式下达了“大陆命”84号命令：
(1) 大本营企图击破徐州附近之敌。
(2) 华北方面军司令官，以有力之一部击破徐州附近之敌，占据兰封(今兰考)以东之陇海路以北地域。
(3) 华中派遣军司令官，以一部兵力协助华北方面军击破上项徐州附近之敌，占据徐州(不含)以南津浦路及庐州(即合肥)附近地域。
(4) 有关细节由参谋总长指示。
大本营参谋总长于同日下达了“大陆指”第106号的《徐州附近作战指导要领案》。其内容为：
第一方针
华北方面军以有力之一部及与之相配合的华中派遣军的一部，击破徐州附近之敌，并占领津浦路及庐州附近。作战开始时间预定于4月下旬。
第二要领
(1) 华北方面军，以约4个师团向陇海路沿线发动攻势，击破敌人。为此，以主力由北方击破徐州附近之敌，另以约1个师团的兵力，由兰封东北向归德(即商丘)方向敌退路进攻。
(2) 华中派遣军，以约2个师团(其一部担任后方警备)由南方策应华北方面军之作战。为此，应沿津浦路进击，尤应力求切断敌之退路。
(3) 华北方面军占领徐州(含)以北津浦路，将敌击破后，占据兰封以东之陇海路以北地区。
(4) 华中派遣军击破敌人后，占据徐州(不含)以南之津浦路及庐州附近。
(5) 两军作战要紧密联络。
(6) 本作战终了后，华北方面军约将3个师团配置于黄河以南；华中派遣军约以2个师团配置于徐州(不含)以南津浦路及庐州附近。
日军“华北方面军”根据大本营的命令及指导方案与“华中派遣军”联系后，于4月10日制订了徐州会战的指导方案。主要精神是将中国军队吸引于徐州附近及津浦路以东地区，在徐州西方及西南方切断退路，尔后攻占徐州、歼灭中国军队。为此，将会战分为三个阶段：第一阶段实施抑留作战，对由台儿庄追击北进的中国军队进行有限攻势作战，与之保持接触，将其抑留于韩庄、峄县、临沂之线；同时，“华中派遣军”以一部兵力由淮阴方面向西北方前进，占据要点，将中国军队牵制于徐州东南地区，以争取时间并掩护主力集中及进行包围徐州的部署。准备就绪后立即开始第一阶段作战。第二阶段实施包围作战，在发动大规模攻势的同时，以有力兵团从微山湖西侧，用迅速、突然的进攻，切断徐州以西及西南的退路；“华中派遣军”配合行动，将徐州完全包围，尔后攻占徐州，歼灭徐州附近的中国军队。预计在4月下旬开始第二阶段作战。第三阶段实施巩固占领区的作战，以第2军占领兰封以东陇海路，确保既占领区的安全。航空兵团在第一、二阶段以主力支援第2军的作战。在第三阶段，主要攻击中国军队后方要地及击灭中国空军，并以一部直接支援各兵团。
由于徐州会战的主要任务由第2军承担，所以“华北方面军”重新调整了战斗序列，先后将方面军直属的第16师团(1938年1月5日由“华中方面军”归还“华北方面军”)、第114师团(欠1个大队，1938年2月10日由“华中方面军”转隶“华北方面军”)、战车第2大队、野战重炮第3联队、野战重炮第6联队、后备兵1个大队以及独立工兵联队等配属于第2军。此前，已于3月15日将独立混成第5旅团(新编成不久)配属于第2军。至此，第2军已有4个师团、1个混成旅团及炮兵、战车等部队。
4月12日，“华北方面军”按照制订的作战指导方案下达了作战预令，并规定“第1军司令官应作好准备：以一部由兰封附近至范县之间渡黄河，切断兰封附近的陇海路，为第2军的作战创造有利条件”。
4月17日、18日，日军在济南召开了徐州会战作战会议，“华北方面军”、“华中派遣军”主要主持作战策划的作战课长、副参谋长及大本营直接指导两方面军作战的大本营派遣班负责人(作战部部长)参加了会议。经协商后，“华北方面军”及“华中派遣军”于4月23日和24日分别下达了作战命令，制订了作战计划。
“华北方面军”的“作命”甲第294号命令的主要内容为：“(1) 在徐州以北挫败敌人的进攻，但敌人正在兰封以东、陇海沿线及其以北增加兵力，有阻止我南进的企图。(2) 方面军必须在敌人战役布势完成前击破徐州方面之敌，占据兰封以东、陇海路以北地域。华中派遣军与方面军相策应，约以两个师团从蚌埠、怀远附近发起行动，由津浦路以南地区切断除州附近敌主力的退路。另以一部兵力于4月24日从东台北上，策应方面军作战。(3) 第2军在集结兵力的同时，务须尽快开始攻势行动，争取以徐州以西地区为主要决战地，对当面之敌进行攻击，并须占领徐州。(4) 第1军以有力之一部渡过黄河，首先迅速切断兰封、归德间的陇海路，并向归德方向挺进，与华中派遣军的一部密切协同，使第2军的作战得以顺利进行。掩护第1军渡河的部队由火车输送至济宁附近，立即由该处开始行动。另外，在兰封以西黄河沿岸，尽可能以佯攻牵制敌人。(5) 临时航空兵团，应以主力支援陇海路方面的作战，特别注意将攻击重点指向第2军的正面，与华中派遣军第3飞行团及海军航空队密切协同。”
华中派遣军的徐州会战计划主要内容为：
第一方针
军与华北方面相策应，将徐州附近之敌人捕捉击歼于徐州以西地区。决战时间，概略预定在5月中旬。
第二指导要点
军预定于5月5日前后开始前进，根据情况，亦准备可能在4月底前开始前进。
军以第9师团、第13师团并列作战，首先击破当面之敌，迅速向赵家集—蒙城一线附近进出，此时的重点保持于左翼师团。
进至赵家集—蒙城一线后，究应向归德、亳县方面还是向砀山、永城方面，或者向徐州方面前进，当视情况发展而决定。但不论何种情况，都必须以一部兵力占领宿县附近。
派遣军为保证军的主力作战，在军主力行动前，先派出下列部队：4月21日，令第101师团从现驻长江北岸，警备东台、通州的部队中抽调尽可能多的兵力，向阜宁方面逐次推进，俾军将来之作战有利；4月23日，令第6师团派出以步兵约4个大队为基干的部队，迅速沿和县—巢县—庐州大道地区作战，抑留庐州方面之敌，毂(彀)之作战容易。
为指挥徐州会战，“华北方面军”司令官寺内寿一的指挥所推进至济南；“华中派遣军”司令官俊六的指挥所推进至蚌埠。
台儿庄战斗胜利之后，受命追歼败退残敌的中国军队未能以战斗行动保证第五战区战役企图的实现，与日军濑谷支队、坂本大队相持于峄县以南、以西一带。中国统帅部判断敌军必将增援反攻。军令部主管作战的第一厅厅长刘斐根据当时部队的战斗力情况，主张鲁南的作战改为机动防御，除以一部分军队和敌保持接触外，主力集结于机动有利的地位，再相机打击敌人；建议缩小战场正面，后退至运河沿线布防，控制强大的预备兵团于徐州以西，用以应付各方面的情况。蒋介石勉强同意了机动防御及运动战制敌的方针，但在具体部署兵力方面不肯放弃现有各要点，并要求第一线作持久防御的部署。4月21日统帅部以蒋介石的名义，用训令的形式向第五战区下达命令。“训令”如下：
(1) 鲁南之敌，仍系板垣、矶谷两师团，济南敌援军万余，其半部已到兖、济、滕接防。
(2) 决依机动防御及运动战击灭敌人。
(3) 张自忠军并指挥李仙洲军，在临沂东南侧，主力置于沂河左岸牵制该敌，并向敌后方莒县、费县一带发动游击。
(4) 庞炳勋军调郯城马头整补，并掩护铁道。
(5) 孙连仲军附张轸师及周?军，在刘庄、高皇庙、十字路楼北侧高地各附近之线占领纵深据点式阵地，持久抵抗；但须控制有力预备队于南、北洛附近，并以一部加强台儿庄阵地。
(6) 于学忠军附139师，以主力在常沟、红瓦屯之线占领纵深据点阵地，持久抵抗；以一部在作字沟、兰陵镇附近监视向城之敌，但须控制有力预备队于张楼东侧。该军统归孙连仲指挥。
(7) 孙震部任韩庄南方运河守备。
(8) 汤恩伯军(欠张轸师)在四户镇、大小良壁、岔河镇间整补。
(9) 卢汉军在台儿庄南侧集团。
(10) 第3、第9、第50、第92、第140师为总预备队，位置于砀山、商丘，但须以一师位置丰县。
第五战区的作战指导思想与统帅部收缩战线、控制强大机动兵力、实施机动防御的思想存在分歧。根据台儿庄战斗的经验，第五战区主张将主要力量投入第一线，在以正面吸引住敌人的同时，以强大兵团拊敌侧背，主动攻击，力求以攻势作战歼敌一部，从而达到防御的目的。这一思想与蒋介石的“积小胜为大胜”、“以攻为守”〔67〕的指导思想相吻合。4月23日，统帅部又制订了一个结合两种指导思想的折中方案——《徐州会战作战指导方案》。战略主要方向仍在鲁南，作战指导方面强调攻势歼敌，增加了不得已时实行机动防御的内容。
第一方针
(1) 国军以确保徐州之目的，应对津浦铁道及沂河南下之敌切实阻止，并以有力部队威胁敌人侧背，俟迂回部队达到临沂、费县、滕县线上并集结相当兵力于徐州附近(后)，然后以主力由南面转取攻势，歼灭敌军。至万不得已时，则用逐次抵抗，退守洪泽湖至微山湖中间地区。第二、第三战区，除以一部直接或间接支援徐州方面作战外，主力应积极进攻当面之敌，使敌不得放胆转用其兵力于津浦北段。
第二指导要领
(2) 第五战区之部队，应以主力固守郯城以南经邳县至韩庄之线，并以四师以上兵力，由济宁至东平间地区突入敌后方，对峄县、郯城之敌攻击，并以集结之兵力加入南北夹击，以收歼灭当面之敌之效。至不得已时，我当面部队须利用逐次抵抗，退守洪泽湖、微山湖中前地区，待机转移攻势。迂回部队则专任敌后方之游击。
(3) 第一战区部队，主力积极向济南方向活动，破坏津浦铁路北段交通，并向敌军后方发动游击战，一部攻击当面之敌。第二战区部队应积极攻击当面之敌，牵制当面敌军之转移，并抽调一部向徐州附近集结。
(4) 第三战区应抽调一部控制于相当地点，作战略预备队，主力努力攻击当面之敌。
(5) 即以现在控制于后方之部队向徐州附近集结，准备将来之攻势转移。
此时，由各战区增调至第五战区的部队已有第46军、第60军、第22军的第50师、第69军及骑兵第9师、骑兵第13旅等。第五战区根据统帅部攻势歼敌的精神调整了部署，将所属部队按作战地区分为鲁南兵团、鲁西兵团、淮南兵团、淮北兵团及战区总预备队。重点是鲁南兵团。鲁南兵团的军队区分为：右翼军，军长樊松甫，辖第46军；中央军，军团长汤恩伯，辖第20军团(欠第110师)、第27军团(第92军仍属之)、第50师、第139师；左翼军，总司令孙连仲，辖第2集团军、第51军、第60军、第75军(欠1个师)、第110师、第93师；挺进军，军长石友三，辖第69军、骑兵第9师、骑兵第13旅(第69军进出郯城以北后归石军长指挥)；韩庄守备军，代总司令孙震，辖第22集团军(第51军之1团仍属之)。
4月25日，第五战区下达了“作命”第6号命令。其主要内容为：〔68〕
(1) 临沂、峄枣之敌合约两师团，其主力似已深入我四户镇、台儿庄间地区。
(2) 战区以消灭敌主力之目的，拟以鲁南兵团向左旋回攻击该敌，并与鲁西兵团相策应，围困之于峄县附近山地而逐次击破之。第一攻击目标为向城、傅山口、响连屯、獐山之线，攻击开始预定27日早。鲁西兵团(以孙、曹、刘三部编成，由李副司令长官品仙指挥之)以全力西出津浦线，阻止敌南下之增援及遮断其补给，并以有力之部队南下与鲁南兵团策应，夹击峄枣附近之敌。
(3) 挺进军应速集结于沭河、沂河间陇海(路)沿线地区，向郯城、临沂方面挺进，掩护兵团之右侧，阻止敌之增援，并切断其后方之交通。
(4) 右翼军应集结于运河以东、陇海线北侧地区，速进出于马头镇、后湖以北之线后向左旋回，即向向城、青山之线攻击前进。
(5) 中央军速夹击、驱逐正面之敌后，与右翼军联系，向傅山口、鹅山之线攻击前进。
(6) 左翼军集结主力于其右翼，与中央军联系，向响连屯、獐山之线攻击前进；其左翼应保持现在之线，施行佯攻。
……
(8) 韩庄守备军固守韩庄附近运河之线，阻止敌之突进。
(9) 战区总预备队(约三师及炮兵若干)分置于徐州、归德间，策应两兵团之作战。
统帅部对第五战区的部署及预定作战行动基本同意，但在集中使用兵力及控置机动兵力方面稍作了一些补充指示。蒋介石于4月26日致电李宗仁：“(1)部署适当，希坚决实施。(2)须着眼求敌主力包围于战场而歼灭之，勿为作战地境及到达线所限制，以免樊军扑一大空再回转攻击之烦。(3)外翼如有少数敌人，须由石军驱逐，勿分割樊军兵力。(4)马头镇及其以南之敌，须由张自忠及吴良琛部阻止之，攻击军应果决向敌侧背迈进。(5)须尽量由左翼于孙军抽出有力部队以供机动使用。”
在战略上，中日双方虽然完全不同(日军是进攻，是企图消灭徐州附近的中国军队，从而攻占徐州；中国军队是防御，是企图消灭进攻徐州的日军一部，从而保卫徐州)。但在战役上，双方的作战指导都是企图以攻势作战、以迂回包围行动歼灭对方。
(二) 徐州外围作战及弃守
台儿庄战斗后，中国追击部队与日军濑谷支队、坂本支队相持于峄县附近的期间，日军第2军得到了加强。西尾寿造将第114师团的约4个大队及第16师团的约1个大队等配属给第10师团，将独立混成第5旅团的约2个大队等配属给第5师团，并令第114师团接替了第10师团第8旅团的后方警备任务，从而使第一线的兵力大为增加。
4月10日，第10师团师团长矶谷廉介由兖州进至枣庄指挥作战。18日开始转为攻势，使用于攻击的部队为：以濑谷启步兵第33旅团为基干的濑谷支队，以长濑武平步兵第8旅团为基干的长濑支队和由第5师团转隶的、以坂本顺步兵第21旅团为基干的坂本支队。矶谷廉介的部署是：濑谷支队在右，沿枣台铁路向台儿庄进攻；长濑支队在中，先向兰陵镇、甘露沟，再向禹王山进攻；坂本支队在左，先向向城，再向四户镇进攻。3个支队并列攻击前进，我第2集团军及第52军、第60军等部队坚决抗击，不断反击。至4月底时，双方激战于兰城店、禹王山、泥沟一带，对当地的一些要点均进行多次的反复争夺。日军不仅难以进展，而且3个支部队基本上均陷于被围的困境，后方联系常被切断。日军第10师团师团长矶谷廉介为援救处境危急的濑谷支队，4月28日将刚刚由第2军增加配属的步兵第16师团的草场辰巳第19旅团(以步兵第20联队、野炮兵第22联队第1大队为基干)编为草场支队，令其由濑谷支队右翼投入战斗，向台儿庄地区进攻。但进至金陵寺、白山西附近即遭到第110师、第30师的顽强抗击，被迫转为守势。
临沂方面，日军在坂本支队西去台儿庄战场后，第5师团师团长板垣征四郎立即于3月31日进至汤头镇，尔后又至义堂集指挥作战。当时青岛及胶济铁路等后方警备占用了大量兵力，一时无力发动大规模的进攻。4月中旬，因得到独立混成第5旅团第17、第20两个大队及第114师团步兵第150联队第1大队的加强，遂用这些战斗力较差的部队接替警备后方，以战斗力较强的国崎支队进攻临沂。该支队是以第5师团的国崎登第9旅团为基干的一支部队，淞沪会战时由华北调去华中；占领南京后，1937年12月31日受命归还第5师团建制；1938年1月14日在青岛登陆归建，并担任青岛警备。下属有步兵第41联队(欠4个中队)、步兵第42联队(欠1个大队、2个中队)、野炮兵第5联队的第2大队、第3大队及工兵第5联队等。国崎支队于4月16日开始向临沂外围阵地进攻，激战至19日夜，攻占临沂，24日占领郯城、马头镇。但当继续前进时遭到我第52军及刚刚调来、位于涝沟的第46军的猛烈抗击及反击，不但毫无进展，而且被切断后方联络，弹药、粮秣缺乏，士兵伤亡极大。从进攻临沂始至4月底，“各中队伤亡累计达60%—75%，联队实力还达不到1个大队”。
日军“华中派遣军”根据徐州会战计划派出两支先遣部队，以策应“华北方面军”的作战，并掩护本派遣军主力的开进及展开。第6师团第11旅团旅团长坂井德太郎率以步兵第13联队、骑兵第6联队、野炮兵第6联队的第3大队为基干的坂井支队于4月23日从芜湖出发，24日在海军协助下从和县以东新河口渡江，占领了和县，26日占领含山，30日占领巢县；第101师团第101旅团旅团长佐藤正三郎率以步兵5个大队、野炮兵1个大队为基干的佐藤支队于4月24日从东台出发，26日占领盐城，28日占领新兴城。以上两支队均未受到有力的抵抗。
蒋介石当时尚未预见到敌对徐州将采取大规模的包围行动，认为淮南方面日军的进攻仅是策应鲁南作战，因而仍本着“以攻为守”的方针，决定在鲁南和淮南两战场同时采取攻势，以阻止日军的南北对进。他于4月30日向李宗仁发出训令：“ (一) 鲁南方面：1. 敌之攻势已顿挫。2. 决全线转攻势，与敌以更大之打击。3. 石友三军不攻郯城、不顾任何敌人之牵制，向敌后方挺进，并以1旅以上兵力向青岛攻击前进。4. 樊松甫军避开马关镇据点之攻击，向敌主力后方挺进袭击。5. 其余守势正面各军可增加第50、第140两师，全线转移攻势。6. 转攻以后无论效果大小，抑或万一顿挫，均须适时抽出损害过重部队至运河后方构筑据点工事并整顿补充。7. 其他已到、未到控制部队不得使用。(二) 淮南方面：1. 敌总兵力不过4万，我占绝对优势。惟敌立内线，如向我任何一点进攻，均感应付困难。2. 以打破敌策应鲁南企图，使陷于被动之目的，决制敌机，先采取攻势。3. 韩德勤部应集结兵力，迅速攻击突进之敌。4. 廖磊部先以一部佯攻，诱敌离开阵地而击破之。5. 徐源泉部到达合肥即向当面之敌进攻前进。6. 杨森所部主力应开前方，攻击巢湖以南之敌，酌留一部守备安庆及沿江要点。7. 已令罗树甲师开合肥，归徐源泉指挥，并令唐式遵抽调两团至安庆增防，归杨森指挥。(三) 各方面攻击部署细部由战区决定，务须迅速开始为要。”
当统帅部的训令下达到第五战区时，由于日军的攻势加强，特别是第5师团与第10师团的进攻部队已联为一线，战场正面增大。为阻止日军攻势，中国军队向右延伸翼侧，卢汉的第80军、樊松甫的第46军、李延年的第2军、谭道源的第22军以及吴良琛的第13师等都已投入第一线战斗。由韩庄北的高皇庙经禹王山至郯城南的南北劳沟及捷庄一线，基本上正在进行着艰苦英勇的阵地战，势难按照训令“全线转为攻势”。鲁南方面，直至5月10日，双方仍处于胶着状态，其间日军第2军虽然又将军预备的片桐支队(第9联队长片桐护郎所率约步兵2个大队、野炮兵1个半大队的兵力)配属第5师团，增援国崎支队，并给国崎支队补充了1100余预备兵员，但在中国军队的坚强抗击下，仍无法前进一步。
日本大本营认为台儿庄的败退“有损于陆军的传统”，因此于4月30日任命东久迩宫为第2军司令官，接替了西尾寿造(徐州会战后又将第10师团师团长矶谷廉介编入预备役)。东久迩宫于5月7日到达兖州，立即下达了发动徐州会战的命令：除令第10师团、第5师团继续在鲁南进行抑留作战，并准备分向徐州以西、以东前进外，令“第16师团5月9日从济宁附近出发，击败当面之敌后，首先迅速进入砀山、唐寨方面”。该师团当日即渡过运河，进至郓城附近。
南线方面，“华中派遣军”的先遣支队佐藤支队于5月7日占领阜宁，坂井支队仍在巢县。但其主力第9师团及第13师团按照会战计划，于5月5日开始北进，当天突破防守北淝河北岸及涡河西岸的第7军阵地。第9师团沿北淝河西岸的淮蒙公路，于9日 8时30分攻占了蒙城。蒙城守军为第48军第173师第1038团。该团于7日夜才冒雨从田家庵赶至蒙城，尔后在副师长周元率领下与日军苦战1日夜，终因准备不足及寡不敌众，蒙城被日军攻破。该团除部署于城外的1个连外，城内副师长周元以下700余人绝大多数战死，仅团长凌云上率士兵9人突出重围。
当鲁南陷于阵地苦战而淮北又突然出现敌2个师团的主力北进时，李宗仁开始感到形势严峻，认为敌“淮北方面所用兵力达两个师团，自必力求猛进，窥伺徐州。且淮北地形开阔，地域广大，阻止困难”；又考虑到“鲁南敌我已成胶着状态，彼此进展均困难”，两相比较，“淮北情况实较鲁南为紧急”，于是决心“集中兵力准备于固镇分设阵地，将敌击破，以解除徐州后顾之忧”，当即将冯治安第19军团、刘汝明第68军及罗奇第95军调归廖磊指挥，先阻止敌军北进，尔后再部署击破之。
统帅部得知日军第16师团于9日渡河西进的情况后，判断日军正向徐州采取包围行动，认为应乘敌兵力分散且离开据点的大好机会予以各个击破。李宗仁按照统帅部的意图，于5月10日下达了第7号作战命令。主要内容为“以先行击破淮北之敌、打破其向北进或西北进、截断陇海路之企图为目的，即向怀远、蒙城攻击前进”，令“31军之一部固守原阵地。31军主力连系77军及罗奇师分为数纵队由现在向怀远至蒙城间前进，求敌主力攻击之”；令区寿年“指挥区寿年师、程树芬师应由蒙城附近尾跟敌后以进行攻击，与主力相呼应”；“徐启明师应连系区支队左翼前进”。同时指令“后续兵团俞济时军、李汉魂军于5月15日前向永城附近集中”，归廖磊指挥。由于第五战区当时得到的报告说鲁西日军仅有1个旅团，所以在这个命令中未对鲁西方面采取积极措施，同时还准备把用于鲁西方面的第64军(李汉魂军)、第74军(俞济时军)调至淮北。蒋介石于当日晚电令李宗仁及第一战区长官程潜，改变了两个战区的作战地境，将鲁西划归第一战区，指示“第五战区应对鲁南残敌暂取战略守势，以优势兵力先行击灭超越淮河之敌；第一战区应集中新锐兵团，击破侵入鲁西之敌”。具体规定：“现调归(德)砀(山)之俞济时、黄杰、李汉魂各军，统归薛岳指挥，为鲁西方面攻势兵团，应指向该方面敌主力而击破之。其原在鲁西各部，酌量交孙桐萱、商震指挥，担任迟滞敌人，并固守沛县、鱼台、金乡、巨野、菏泽各据点，掩护攻势兵团之集中及展开。” 〔69〕
蒋介石惟恐统帅部的命令不能贯彻，派侍从室主任林蔚及军令部作战厅厅长刘斐去徐州传达蒋的意图。实际上此时蒋介石与李宗仁对情况的判断已有分歧。蒋认为：“日寇自鲁南屡败，惊慌万状，近竟放弃晋绥、江浙既得地位，仅残置小部扼守要点苟延残喘，而调所有兵力指向陇海东段孤注一掷，以图幸逞，其总兵力合两淮、鲁豫至多不过15万，较之我军使用各战场兵力约为4倍以上之劣势，且敌之后方处处受我袭扰，补给不便，较之我之后方有良好交通者，其补给及兵力转用之难易相去甚远。目下敌不顾其兵力之不足、战略态势之不利，竟敢采用外线包围作战，其必遭我军之各个击破而自取败亡，殆无疑问。”而李宗仁身在前线指挥，对部队战斗力情况了解较深：假如每支部队在战斗、战术能力上都能保证完成战略、战役所赋予的任务，台儿庄胜利时就不会让战败之敌安全重新组织防线固守待援了，因此对能否迅速击破淮北2个师团之敌，抱有疑虑。
蒋介石为进一步贯彻他的意图，5月12日早，又以训令形式致电李宗仁：“(1) 国军决先击灭淮北及鲁西之敌。(2) 鲁南方面在敌抽调兵力转用鲁西之情况下，除应以有力部队增强右翼防敌包围外，须即刻设法抽出三四师兵力位置徐州，为该战区预备队，必要时用于蒙城方面之攻势。(3) 鲁南方面即决心取守势，于必要时可依运河逐次抵抗，至不得已时则固守徐州国防工事线，以获得攻势方面决胜之时间。(4) 总之，五战区第一任务在击灭蒙城方面之敌，使全盘态势有利，否则保有鲁南阵地亦属无益。希当机立断，速决实行，具报。”
李宗仁于当日晚制订了“第五战区作战计划”。但他仍认为统帅部对南北实行钳形包围之敌实施反包围的作战指导缺少万一反包围不能成功时如何迅速脱出敌人包围的措施。因而在计划中增加了当陇海路有被截断可能时各兵团如何转进的内容。其《计划》如下：〔70〕
一、 敌情判断
敌对我鲁南改取攻势，主力由淮北、鲁西两方夹击，有截断我陇海交通、包围徐州之企图。
二、 方针
(一) 战区拟乘敌兵分离之际集结兵力，击破淮北之敌，再转移兵力于其他方面，施行各个击破。
(二) 敌如将会师陇海线，我后方连络线有被敌遮断之虞时，则各以一部攻击永城及蒙城之敌，以主力转移到亳县、涡阳、阜阳以西地区，准备尔后之作战。
三、 指导要领
(一) 敌如尚在分离之状态时，应取下述之指导：
1. 淮北兵团之全力与第一战区鲁西兵团之一部呼应，以有力之一部攻永城，主力向蒙城压迫，以截断敌之连络，击破该敌于淮河左岸地区。
2. 鲁南、苏北两兵团，应竭力阻止各该方面敌之发展，以取得时间之余裕。不得已时，鲁南兵团撤退至运河西岸，苏北兵团力图存在于运河以东、旧黄河以北地区，准备尔后之反攻。
3. 淮南兵团一部仍向淮河右岸压迫，主力拒止巢县之敌北进。
4. 淮北之敌如被我击破，追击至淮河之线时，应如何转移主力、各个击破他方之敌，均以当时之状况定之。
5. 预备兵团控制徐州附近，以适应各方之情况。
(二) 淮北之敌，如我未能贯彻击破之方针，而与鲁西之敌将会合时，应采取下述指导：
1. 鲁南、淮北两兵团，应各以有力之一部，先占铜山、宿县两地，阻止敌之追击，掩护主力之西撤，其境界为夹沟—濉溪口—临涣集—涡阳—太和之线，线上属淮北兵团。
2. 两兵团各以有力之一部袭占或监视永城、蒙城，主力分多数纵队，各由蒙、永间及其附近各道西进，迅速通过敌之包围线，尔后在亳县、涡阳间线上各派掩护部队，主力向其以西地区集结，准备反攻。
3. 苏北兵团即在苏北、鲁东南地区游击。
4. 淮南兵团主力，竭力保持合肥，一部撤至凤台、阜阳，掩护战区之右侧。
5. 鲁南兵团向微山湖以西撤退时，务与第一战区鲁西两兵团连系。
6. 预备兵团之行动，视敌情况由兵团区处，或增援于最急要之方面。
(三) 司令长官部，第一项指导间，仍在徐州；第二项指导间，移至周家口，设指挥所于亳县。
(四) 军队区分
鲁西兵团：指挥官孙连仲总司令，率第46军、第60军、第51军、第75军、第2集团军主力、第22集团军残部、第50师、第13师、第132师、第110师、第140师。
淮北兵团：指挥官廖磊总司令，率第31军、第7军、第77军、第48军一部、第68军、第95师。
淮南兵团：指挥官李品仙副司令长官，率第48军主力、第10军、第20军(附第23集团军之一旅)、第199师。
苏北兵团：指挥官韩德勤代总司令，率第57军、第89军、第8游击队。
预备兵团：指挥官汤恩伯军团长，率第2军、第92军、第59军、第4师。
第五战区作战计划下达后，部队的调整、集结尚未完毕，形势已发生极大变化：
淮北方面，日军的进展顺利。受命防守永城的罗奇第95师1个团尚未到达，日军第13师团就占领了永城，第9师团占领了百善。担任第9师团右侧翼掩护的第18旅团，14日占领南坪集。刘汝明部吉星文旅于当夜反击，但被击退。第13师团的快速挺进队(战车1个大队，轻装甲车1个中队，乘车步兵2个中队，工兵1个中队)14日15时进至汪阁以东地区，炸断了陇海铁路。“华中派遣军”为加强进攻力量，又增调镇江的第3师团沿蚌埠间铁路北进，15日在大营集与第31军激战。原在巢县的坂本支队(第6师团第11旅团)亦于5月11日北进，击退徐源泉部，于14日占领合肥。
鲁南方面，日军在鲁南兵团坚强抗击下进展较缓。第10师团由第114师团接替，14日集结临城，15日渡微山湖，准备由西北面进攻徐州；第5师团紧跟中国第60军等收缩阵地的部队，15日进至运河东岸。
鲁西方面，日军进展甚快。第16师团经激战，击退第3集团军第74师后，于14、15日攻占了鱼台、金乡。其快速突击队(战车1个大队，乘车步兵1个大队，野炮兵1个中队，工兵1个小队)于15日上午深入至黄口附近，炸毁一段陇海路，与“华中派遣军”第13师团的挺进支队会合。第1军第14师团派出掩护渡河的第28旅团，车运济宁，渡运河西进，与守卫郓城的第20集团军第23师激战后，于11日攻占郓城。第14师团主力于12日在濮城、杨集一带渡过黄河，又经2日激战，击退了第23师，于14日攻占曹州(今菏泽)。
日本大本营为加强华北方面军进行徐州会战的攻击力量，从关东军增调混成第3旅团和混成第13旅团至徐州，配属第2军。该两旅团15日亦已到达兖州，即将投入战斗。
总之，日本大本营以围歼徐州附近中国军队、占领徐州的会战计划以约6个师团部署于徐州以北，以约3个半师团部署于徐州以南，以连续攻击的行动将中国军队吸引、抑留于徐州地区，尔后以迅猛的迂回作战，南北对进，切断陇海路，再7路并进，对徐州作向心攻击。至5月5日基本上已接近完成，在战役上已形成了四面包围的态势。
5月16日，日军第9师团已进至萧县附近，正与赶往阻击的第139师激战中；日军第16师团亦接近谢场，徐州已直接受到威胁。李宗仁为避免在不利形势下进行决战，决定放弃徐州作战略转移，遂令张自忠指挥徐州西北的第59军、第92军的第21师及第27师增援第139师，在萧县、郝寨阻击敌人，掩护主力集结。同时下达了转进命令。主要内容为：
(1) 第2集团军、第22集团军及第51军、第60军、第48军、第22军、第75军之第6师、第93军之第132师和140师为鲁南兵团，以孙连仲为总指挥，于学忠为副总指挥，守备徐州，掩护大军转移。
(2) 第20军团(第110师、第4师)及第2、第68、第59、第92各军，与第95师为陇海兵团，以汤恩伯为总指挥，刘汝明为副总指挥，由徐州西南转进亳县、柘城、太康、鹿邑、淮阳、涡阳一带。
(3) 第21集团军、第31军及第77军为淮北兵团，以廖磊为总指挥，由宿县、固镇一带向太和、阜阳、颍上、凤台、寿县、正阳关之线转进。
(4) 第26、第27集团军为淮南兵团，以李品仙为总指挥，确保官亭、舒城、怀宁之线。
(5) 第24集团军为苏北兵团，以韩德勤为总指挥，仍确保淮阴、东海一带。
(6) 挺进军(第69军)应在费县附近鲁南山区经营根据地，进行游击作战。
张自忠奉令后，以第27师占领徐州东北的九里山阵地，以第59军(欠第180师)占领郝寨、夹河集一带阵地，以第92军(附第180师)占领萧县及霸王山一带阵地，掩护主力集结。
5月17日，宿县西南第77军在朱家口的阵地被日军第3师团突破，徐州西南第92军在霸王山一带的阵地被日军第13师团突破，防守萧县的第139师被日军第9师团包围，徐州西北第74军防守的丰县亦被日军攻占。当晚，第五战区司令长官部撤出徐州，移至宿县。
5月18日，在沛县的第3集团军遭渡过微山湖的日军第10师团围攻，已激战3日，当晚突围去商丘；宿县以南第77军军部所在地刘台被日军第3师团攻占，日军当夜又进攻宿县，拂晓时守备县城的第7军第171师撤走，宿县被占，第五战区司令长官部亦被冲散。但汤恩伯及廖磊部主力及长官部主要人员均由敌后的蒙城附近向西转进，脱离了日军第9师团的包围圈。此时，萧县、固镇桥等地均已被日军第9师团及第3师团攻占；郝寨、夹河集亦为日军攻占；徐州以北台儿庄一带的阵地，在第2集团军主力开始转移后为日军第114师团占领，该师团又进至贾汪一带。第22集团军转移时接到蒋介石手令：“务速将徐州一带火车、机关车全部毁灭。”但未及实行即已退走。
19日10时前后，日军第13师团首先从霸王山附近进入徐州，徐州陷落。此时，日军第16师团已进至徐州东北的九里山，第10师团进至徐州以北郊区；第5师团主力进至徐州东南的双沟，其快速支队(“中国驻屯兵团”战车队，独立轻装甲1个中队，野炮兵1个中队，乘车步兵1个大队)正向宿县急进中；第1军的第14师团进至兰封(今兰考)东南的内黄附近。
徐州突围后，第五战区各兵团的行动为：
(1) 鲁南兵团：第2集团军大部、第60军、第95师随第五战区司令长官部之后，向西南转移；第2集团军一部、第22集团军、第46军、第51军、第75军第140师和第132师、独立第44旅向泗县、灵璧间地区转进。
(2) 陇海兵团：随司令长官部向亳县、涡阳附近及其以西地区转进。
(3) 淮北兵团：向太和、阜阳及涡阳南岸地区转进。
(4) 淮南兵团：仍在怀宁、舒城、北卢桥概略之线与日军对峙。
(5) 苏北兵团(第24集团军)：仍在苏北淮阴、东海一带。
(6) 挺进军(第69军)及海军陆战队：在鲁南、鲁中分别建立游击根据地，在胶济、津浦及台潍路沿线袭扰日军，进行游击作战。
第五战区的主力虽然已从徐州突围，与日军脱离了接触，但第一战区在豫东的薛岳兵团还正在为掩护第五战区主力转移及阻止日军西进而与日军作激烈战斗。与此同时，日海军第4舰队从青岛出发，于5月20日占领了连云港。
(三) 豫东地区的战斗
日军占领徐州后，日本大本营认为徐州会战基本结束。为扩大战果，5月21日作了如下部署：
“(1) 扩大徐州会战的战果，大略停止于兰封、归德(即商丘)、永城、蒙城联结线以东。
“(2) 华中派遣军司令官应使参加徐州会战的部队继续沿津浦线地区进行扫荡，务必尽快向淮河(含)以南地区转进。第13师团可配置于蚌埠以西淮河之畔，预定将其转隶于第2军。
“(3) 华北方面军司令官应随着华中派遣军部队的转进，将第2军约2个师团为基干的部队，配置在徐州以南至淮河的沿津浦线地区。”
“华中派遣军”接到指示后即于当日下令，命第3师团集结符离集附近，第5师团集结蚌埠附近，第13师团向蒙城前进。“华北方面军”早在进入徐州的19日夜，即已下达向西扩张战果的追击命令，令第2军进占归德。“华中派遣军”指挥系统见附表4-3-3。
中国第一战区司令长官程潜为将突出之日军第14师团歼灭于内黄、仪封、民权之间，命第29军团军团长李汉魂指挥第74军和第64军的第155师为东路军，从商丘西进；命第27军军长桂永清指挥第71军为西路军，从兰封东进，命第3集团军孙桐萱部及第20集团军商震部为北路军，在定陶、菏泽、东明、考城(今兰考东北固阳)附近切断日军退往黄河北岸的通路。〔71〕同时命第8军军长黄杰指挥第8军、第94军的第187师及第24师等部坚守砀山、商丘，阻止由徐州沿陇海路西进的日军。
5月21日，第一战区的部队开始向日军第14师团发动进攻。经激烈战斗，第74军的第51师及第71军第88师的1个旅收复了内黄，第71军的第87师收复了仪封。5月23日，第71军及第74军又夺回了西毛姑寨、杨楼、和楼等村庄，给敌人以沉重打击。日军第14师团集中力量向杨固集、双塔集地区攻击，第27军阵地被突破，桂永清竟率领所属部队退向开封、杞县，令第88师接替第106师防守兰封。而第88师师长龙慕韩在桂永清退走后，亦于23日夜擅自弃城逃走，致使日军于24日不战而占领陇海路上的战略要地兰封。此时，据守砀山的第8军第102师在日军猛攻下，师长柏辉章也下令放弃阵地西逃。日军第16师团于24日占领砀山。
中国统帅部对兰封的失守大为震惊。蒋介石于24日令第一战区第19集团军总司令薛岳指挥俞济时第74军、李汉魂第64军、宋希濂第71军、桂永清第27军由东向西，命第17军团长胡宗南由西向东包围兰封、罗王寨、三义集、曲兴集一带的日军第14师团，于25日开始进攻。同时还告诫各军将领：“此次兰封会战，关系整个抗日战局，胡、李、俞、桂、宋各军，应遵照薛总司令所示任务，务于本月25日午后6时30分全线总攻，务须于明26日拂晓前将兰封、三义寨、兰封口、陈留口、曲兴集、罗王寨地区间之敌歼灭。如有畏缩不前、攻击不力者，按律严惩；如战役中建殊勋或歼敌俘获最多者，当特予奖给。希饬所部凛遵勿违为要。”
5月25日，薛岳指挥豫东兵团开始对日军第14师团发起猛攻。当晚，第71军即夺回了兰封车站。26日，第74军夺回了罗王车站，第71军猛攻兰封外围日军阵地。27日，第64军攻占罗王集，第71军在攻占兰封外围许多要点后收复了兰封。日军第27旅团的残部向三义寨逃去。罗王车站和兰封的收复，使陇海路恢复了通车，被隔断于商丘附近的42列满载物资的火车得以撤回郑州。日军第14师团主力收缩至三义寨附近，被豫东兵团所包围。但当日军于28日向第27军阵地反击时，桂永清又一次“独断命令各部队向杨固集、红庙间地区转移阵地，沿途抛弃无线电机及武器弹药，情形颇为混乱”。〔73〕
统帅部对豫东各部队未能在限定时间攻歼兰封附近之敌及第一战区的部署有所不满。5月28日，蒋介石下达手令：“兰封附近之敌，最多不过五六千之数，而我以12师兵力围攻不克，不仅部队复杂，彼此推诿，溃败可虞；即使攻克，在战史上亦为一千古笑柄。务请毅然决心，速抽6师以上兵力在侧后方作预备队，而指定李铁军、李汉魂、俞济时三军负责扫清当面残敌。即使被突破数点，冲出包围圈外，我可与之野战，则较为得计。此时东路敌军必于两三日内向西急进，由周口直出许昌、郑州，则后方在在堪虞。若我军不早为计，则如此大兵群集于狭小区域，且左限黄河，歼灭甚易。务希当机立断，即于本晚实施，一面整理战线，一面抽调部队，以备万一。并以此意转薛伯灵(薛岳)、胡宗南，决心遵行，勿稍延误。”
第一战区以代电形式将蒋介石的手令内容及战区措施下发各军。其措施为：“(1) 查当面之敌，经我连日猛攻，势已穷促，日内必可彻底解决。兹为兼筹并顾、应付西进之敌计，着由伯灵兄于艳日(29日)在东路军内抽出87、88、155及61四个师，由李军长汉魂指挥，星夜转移于杞县、太康，作总预备队，并连络黄杰、孙桐萱、刘汝明、李仙洲各部，相机击攘西犯之敌。(2) 攻曲兴集、三义集之各军师，着由薛总司令伯灵统一指挥，整理战线，并留置有力之一部，固守兰封附近国防工事，准备对东作战。”
日军第10师团及混成第3旅团，5月28日正向亳州、涡阳进攻中。
第16师团及混成第13旅团于26日攻占虞城，同时向商丘外围阵地进攻。当夜，黄杰第8军退至商丘郊区一带。27日，程潜电令黄杰：务须死守商丘，在兰封地区之敌被击歼前，不得放弃。但黄杰根本不执行战区司令长官的命令，竟于28日擅自率第40、第24师退向柳河、开封，将第187师留防朱集车站和商丘。29日拂晓，第187师师长彭林生也率该师退走。商丘为日军占领。
商丘的失守，严重地威胁了进攻日军第14师团的薛岳军的侧背，第一战区被迫再一次调整部署。5月29日晚下达命令，主要内容为：“(1) 西犯商丘之敌，其一部已窜至小扒车站、观音堂各附近，我刘汝明部刻在亳州附近与敌对战中。(2) 我军决于本月(29日)夜调整战线，抽调5师以上兵力占领淮阳、太康、龙曲集、杞县、杨固集各要点，以待友军之到来，相机歼灭西犯之敌；对三义寨、曲兴集地区之敌(日军14师团)改取守势，待敌窜动，举全力以扑灭之。(3) 第102师、第187师即在睢县附近占领阵地，一部在宁陵，竭力迟滞敌之前进。尔后归李汉魂指挥。(4) 第71军本日夜以87师一部开淮阳，主力开太康；88师开龙曲集附近占领要点、构筑工事，对亳州、柘城方面敌情须严密搜索及警戒。(5)第61师开杨固集附近占领阵地，对东北严密搜索警戒；58师开杞县附近占领阵地，并派一部于邢口、柿园集附近，对睢县、柳河集方面严密搜索及警戒；第155师集结于孙寨附近。以上3师统归李军长汉魂指挥。(6) 俞军长济时指挥第20师、第51师、新编35师与桂永清之第27军(46师、106师)、胡宗南之17军团(第1师、36师、78师)，继续包围三义寨、曲兴集地区之敌。”
日军“华北方面军”因第1军的第14师团被围于兰封地区，陷于苦战，5月28日下令，命第2军尽力以更多的兵力不失时机地逐次向开封东南地区进攻。第2军当日命“第16师团(配属混成第3旅团)确保归德及其要点，主要从杞县方面击败当面之敌；第10师团在继续执行现在任务的同时，准备以有力一部紧急派往杞县方面。混成第13旅团占领涡阳后，即转隶于16师团”。接着，于30日又将第10师团的濑谷支队配属给第16师团，以加强其进攻能力。至5月31日，日军第10师团已攻占了涡阳、亳州，第16师团进至杞县东。此时，日军第1军司令官更换为梅津美治郎中将。
第一战区根据形势的发展，认为不仅由徐州西进的日军已加强了力量，而且黄河北岸的日军(混成第4旅团)正经封丘、贯台组织强渡，企图增援被困于兰封地区的第14师团；数日来，豫东方面的各军激烈作战，伤亡较大，已开始处于不利地位，于是决定令豫东、鲁西的作战军即向西转移。5月31日下达了《战区兵力转移部署方案》。主要内容为：
第一，方针
军以避免与西犯之敌决战，并保持尔后机动力之目的，即以主力向平汉线以西地区转移。
第二，指导要领
(一) 开封及其以西之黄河南岸，仍以守备部队严密警戒，绝对阻止敌之渡河。
(二) 军以潼关、洛阳及南阳各点为根据地，基此向西转移。
(三) 但对于平汉路之郑(州)、许(昌)、郾(城)、驻(马店)各据点，同时以有力之一部确掌握之，以迟滞、消耗敌之兵力。
(四) 平汉线以东，则依第一线战斗部队之行动与游击部队之扰袭，极力迟滞敌之西犯，以掩护主力军转移之安全。
(五) 军主力之转移完毕，尔后即凭有利地形，对预期沿平汉线南犯之敌，形成准备阵地，相机联合友军侧击敌人。
第三，兵团部署
(六) 河防部队
1. 开(封)郑(州)守备区〔32军(欠139师)〕、37军(34师、36师、新编35师)归商震指挥，担任祖粮寨迄黄河铁桥(不含)间之河防。开封附近应准备一部，协力孙桐萱军之一师固守据点，担任祖粮寨河防部队，尔后随野战军之逐次西移，亦同时西撤。
2. 汜(水)巩(县)守备区(53军，新编8师)归万福麟指挥，担任黄河铁桥(含)迄井沟(含)间之河防，新8师应控置于汜水附近地区。
3. 洛(阳)渑(池)守备区〔70军(欠195师)、45师〕归彭进之指挥，担任井沟(不含)迄张茅镇(含)间之河防。
(七) 据点守备部队
开封、郑州、许昌、郾城、驻马店、周家口、淮阳、商水各驻守部队，任主力军转移之掩护，以攻守兼施、刚柔并用为原则，基此迟滞、消耗敌之兵力。
(八) 平汉线以东野战部队
罗奇师、刘汝明军、冯治安军、黄杰军之一部、沈克师、张占魁骑兵旅、马彪骑兵师之一旅，以上各部队应以有力一部与各当面之敌保持接触，依机会行动，以极力迟滞敌之西犯为主。
(九) 游击部队
1. 石友三军仍服行原任务，依情况转移于鲁西。
2. 孙桐萱军一部由曹福林率领，以鲁西、豫东为根据地，与平汉线以东之野战部队切实连络，以扰袭行动使敌之西进困难。依情况尔后或转移于豫西地区。
3. 河以北各游击部队仍服行原任务，尔后相机向西行动，使道清西段之敌企图渡河困难。
(十) 转移部队
1. 宋希濂军向密县转移。
2. 胡宗南军团(附36师、109师)向汜水、巩县转移。
3. 李汉魂军向禹县、郏县转移。
4. 桂永清军向洛阳转移。
5. 黄杰军向襄城、叶县转移。
6. 俞济时军向泌阳转移。
以上各部队依脱离敌人及情况缓急程度，对开始西进之先后，应行精确之规定，以期秩序整齐。
第四，后方机关(略)。
6月1日，薛岳又下达了转移命令，要求“各军所派出之战场掩护部队，须沉着应战，努力抵抗，迟滞敌军，确实掩护我主力转移之安全”，孙桐萱、商震两总司令所部“应俟我主力军转移完毕，于6月3日夜开始转移”。
日本大本营于5月29日决定追击行动停止在兰封、归德等地，并下达命令：“未经批准，不许越过兰封、归德、永城、蒙城、正阳关、六安一线进行作战。”但“华北方面军”根本不听大本营的命令，于6月2日将第14师团也配属给第2军，并下达了向兰封以西追击的命令：“(1) 敌主力有开始向京汉线以西后退模样。(2) 方面军决定首先向中牟、尉氏一线追击敌人。(3) 第2军司令官应一并指挥第14师团及其配属部队，向上项指定一线追击。另外，令一部迅速挺进，切断京汉线。”
6月3日，日军第16师团攻占杞县、通许、陈留，新编第35师师长王劲哉放弃兰封。4日，日军第14师团占领兰封后继续向开封进攻。5日夜，日军从西北角攻城。6日凌晨1时许，宋肯堂率防守开封的第141师(欠第4旅，附税警旅)退走，开封失守。此时日军第16师团已占领尉氏、扶沟，第10师团已占领柘城。薛岳致电商震：“宋师擅自撤出开封，即令固守中牟县城至中牟车站之线……非奉命令再敢擅自撤退者，决依法严办。”但事实上由于有些高级军官畏死或无能，豫东作战中擅自撤退及私自逃走者大有人在。如属主力军的第29军团第187师，“团长张鼎光于2日守杞县猪皮冈时，擅自撤退；该师参谋长张淑民屡次煽动退却，复敢弃职潜逃；旅长谢锡珍首先退出猪皮冈，未经报告师长，即便借口收容，擅自乘车南下；叶赓常旅长，当睢县之战时，突告失踪，事后闻已易服赴汉(口)”
日军第14师团及第16师团的西进严重地威胁了第一战区司令长官部所在地郑州及平汉路的安全。当时第一战区虽然拥有近30个师的数十万军队，而且大多为中央嫡系的所谓主力部队，却抵抗不了日军2个多师团的西进。蒋介石决定决黄河堤，制造水障，以阻止日军西进。蒋介石的这一主张并非临时产生。早在1937年7月间，他的德国首席顾问法肯豪森就曾建议他“将黄河决堤”以阻止日军。1938年4月13日，正当台儿庄战场上中国军队追击部队攻击败退峄县附近的日军时，陈果夫曾致函蒋介石，准备在河南武陟县的沁河口附近决黄河北堤。但他是为了“恐敌以决堤制我”而建议采取的反措施。他说：“沁河附近之黄河北岸，地势低下，故在下游岸任何地点决堤，只须将沁河附近北堤决开，全部黄水即可北趋漳卫，则我大厄可解，而敌反居危地。”蒋介石批示：“电程长官核办。”徐州失守后，姚琮等主张在河南铜瓦箱决堤，恢复清咸丰5年(1855年)以前故道，使黄河水经徐州、淮阴以北入海。陈诚及其部属则建议在黄河南堤黑岗口等处决口。当日军于6月1日占领睢县，迫近兰封、杞县时，第一战区司令长官程潜即决定决堤，并通过侍从室主任林蔚向蒋介石请示，得到蒋的口头同意。但程潜等深知此举的后果严重，又以正式电文请示，经蒋以电文批准后才开始实施。第一战区召集黄河水利委员会及有关河防的军政人员开会，研究决堤位置，最后选择中牟县赵口。遂令第20集团军商震负责，限6月4日夜12时掘堤放水，同时将第一战区司令长官部迁往洛阳。商震令万福麟第53军1个团施工。至6月5日上午，因地形关系仍未完工。蒋介石在电话中令商震“严厉督促实行”。商震带参谋处处长魏汝霖去监工，加派刘和鼎第39军1个团协助，并令工兵用炸药炸开堤内斜石基。下午8时放水，因缺口倾颓，水道阻塞，又未成功。6月6日又重挖缺口，仍告失败。统帅部及第一战区对此“异常焦灼，日必三四次询问决口情形”。商震又令刚爆破黄河大铁桥的新8师增派1个团。该师师长蒋在珍观察后建议改在花园口决堤。蒋介石及程潜予以批准。6月7日侦察，8日以第2团、第3团及师直属工兵连执行掘堤任务，9日9时完工放水。当时正值大雨，决口愈冲愈大，水势漫延而下，12日又与赵口被冲开的水流汇合，沿贾鲁河南流，使贾鲁河、涡河流域的乡村、城镇成一片汪洋。水流淹没了中牟、尉氏、扶沟、西华、商水一带，形成一条广阔的水障。急流的黄河水注入淮河时，淹没了淮河堤岸，7月13日冲断了蚌埠淮河大铁桥，蚌埠至宿县一带，亦成泽国。
日军第14师团6月7日攻占中牟，派骑兵联队于10日炸毁郑州以南的京汉铁路；第16师团第30旅团旅团长筱原次郎所率的挺进队(步兵3个大队)于6月12日炸毁了新郑以南的京汉铁路。由于水障的形成，日军各部队均停止了追击。第14师团的一部被洪水围于中牟县城。日第2军组织了1个工兵联队、6个工兵中队的救援队，用大批舟艇援救其被困部队。位于泛滥区中心的日军第16师团一部来不及撤走的车辆、火炮、战车等重武器均沉于水底，并冲走、淹死一批士兵。日军航空兵以飞机投食物、医药及救生设备共61吨半。位于泛滥区以东的日军也迅速后撤。被洪水隔于新郑以南的第16师团第30旅团的5个大队就地组织防御，也是靠空投解决军需物资，最后由日军第2军派出的船艇队将其撤回。6月15日，大本营令关东军的混成第3旅团及混成第13旅团乘车返回东北。17日第2军进行如下部署：(1) 第14师团在开封、兰封集结。(2) 第16师团在杞县、睢县、宁陵间集结。(3) 第10师团主力在夏邑、会亭集、永城附近集结。只要水害涉及不到，即应以一部兵力尽可能长期保持柘城、鹿邑、亳州、涡阳地区。
黄河决口，使日军“华北方面军”违背大本营指示越过限制的追击被挡住了，使日军进行武汉会战的进军路线也改变了，退至郑州一带的中国军队也免去被追击之苦了。可是应该由中国军队保护的几十万中国老百姓却因此而丧生，上千万人倾家荡产。国民政府十分清楚此举在政治、经济以及道德上的影响，所以在掘口放水的同时，第一战区司令长官就对外宣传：“敌占据开封后，继续西犯，连日在中牟附近血战。因我军誓死抵抗，且阵地坚固，敌终未得逞，遂在中牟以北，将黄河大堤掘口，以图冲毁我阵地，淹毙我大军。”蒋介石于6月11日又致电程潜，指令三点：第一，须向民众宣传是敌机炸毁了黄河堤。第二，须详察泛滥情况，利用为第一线的阵地障碍，并改善我之部署及防线。第三，第一线各部须同民众合作筑堤，导水向东南流入淮河，以确保平汉线交通。对千千万万无家可归、无饭可食的人民，则未提及如何处置。
整个徐州会战(包括豫东作战)至此结束。中国军队总计伤亡10余万人。日军总计伤亡约3.2万人，仅日军第2军1个军在6月29日于徐州开追悼会时，有姓名的战死人员即达7451人。
八、 航空作战概况
(一) 日陆军、海军航空兵的作战概况
徐州会战开始前，日本大本营“大陆指”第59号命令中之“陆、海军航空协定”规定：“(1) 在华北方面的航空作战，主要由陆军担任之。(2) 在华南方面的航空作战，主要由海军担任之。(3) 在华中方面，消灭敌空军，由陆、海军协同担任之；陆海军各自作战直接需要航空作战时，分别由陆、海军各自航空部队担任之。目前预定使用兵力(根据情况发展可以变更)为：陆军航空兵侦察2个中队(18架)、战斗3个中队(36架)、轰炸2个中队(15架)，海军航空兵舰上战斗机3个中队(36架)、舰上攻击机1个中队(12架)、中型陆基攻击机2个中队(24架)。”在台儿庄攻击失败、准备发动徐州会战时，陆军航空兵又增加侦察8个中队、战斗3个中队、轰炸7个中队，海军航空兵增加第14航察队、高雄航空队、第2航空战队及苍龙飞行队等。总计有作战飞机250余架。南京失守之后的一段时间内，由于中国空军尚未完成补充与重建，各战场的制空权基本上掌握在日军手中，日航空兵除直接支援其地面部队作战外，还经常对中国后方重要战略基地进行战略轰炸。但1938年2月18日在武汉上空遭中国空军痛击，被击落11架；25日，日军59架飞机轰炸南昌，又被击落8架。此后日军暂时减少了战略攻击(3—4月，仅在3月11日以30架飞机轰炸了西安)，主要进行直接支援地面的战术攻击作战，如2月8日第3飞行团以20架飞机轰炸小蚌埠中国守军，支援其第13师团强渡淮河；3月17日第1飞行团以20余架飞机轰炸滕县中国守军，支援其第10师团攻击滕县城等。至临沂及台儿庄战斗时，日军航空兵则极活跃，基本上每日都出动飞机支援第一线部队战斗。据日军统计，从4月初至5月末的2个月中，仅“华中派遣军”方面的航空兵，为支援其地面部队进行徐州会战，共出动飞机1800余架次，投掷炸弹900余吨。当日军飞机增加后，又开始了对武汉等地的战略轰炸，同时也增加了所谓航空击灭战的任务，即轰炸中国空军的基地和进行空战，以期消灭中国空军。但由于中国空军及苏联航空志愿队的英勇战斗，在整个徐州会战时期，日军不仅并未达到击灭中国空军的目的，反而被击落数十架飞机，这在一定程度上削弱了日军的空中支援能力。
(二) 中国空军的作战概况
淞沪会战中中国空军损失巨大。至南京保卫战后期，中国空军可用于作战的飞机不足30架。国民政府航空委员会西迁(先至衡阳，又至贵阳、成都，最后在重庆)，并于1938年3月间进行了改组，设参事室、顾问室、主任办公室及军令、技术、总务、防空4个厅。飞行人员一部分调往武汉、南昌等地，一部分赴兰州地区接受苏联教官的短期训练。国民政府用苏联贷款购买的苏联飞机，从1937年11月底开始陆续运至中国，中国空军得到了新的补充。截至徐州会战开始前，中国空军作战飞机的总数已有217架(其中波利卡尔波夫E-15双翼战斗机97架，E-16下单翼战斗机62架，图波列夫SB-2轻轰炸机47架，TB-3重轰炸机及其他型号的飞机11架)。它们分别驻在南昌、武汉、西安、兰州、武威、酒泉、襄阳等地机场。另外，2月7日中苏签订了《军事航空协定》，苏联支援中国抗战，来华参加作战的苏联航空志愿队也到了中国，与中国空军并肩作战。
徐州会战期间，中国空军的主要任务是进行以武汉为中心的空中防御，同时也对日军实施战略和战术攻击。
在空中防御作战方面：徐州会战期间，中国空军在武汉、归德、洛阳、长沙等地上空曾多次重创日军飞机。其中最重要的是武汉上空的三次作战。第一次，1938年2月18日，正当淮河阻击战和鲁南两下店反击战进行激烈之际，日军轰炸机12架在26架战斗机掩护下(一说15架攻击机在11架战斗机掩护下)空袭当时抗战指挥中枢的武汉，驻汉口和孝感的中国空军第4大队大队长李桂丹率战斗机29架迎击，在汉口机场附近上空激战约12分钟，击落日机11架(一说14架，另一说12架)，中国飞机也被击落5架，大队长李桂丹、中队长吕基淳及飞机员巴清正、王怡、李鹏翔5人殉国。第二次，4月29日，正当徐州外围战斗在郯城以南激烈争夺之际，日轰炸机24架在18架战斗机掩护下再袭武汉。中国空军第4大队和苏联航空志愿队共起飞67架迎击，经30分钟空战，击落日机21架，日军飞行员战死50余人，跳伞被俘2人。中国飞行员陈怀民以负伤的座机撞击日机，壮烈牺牲，中国空军损失12架飞机。第三次，5月31日，正当豫东中国军队开始向豫西作战略转移之时，日军轰炸机18架、战斗机36架再一次袭击武汉。中国空军与苏联航空志愿队并肩作战，共起飞48架，经30分钟激战，击落日机14架(一说15架)，中国空军仅损失2架飞机，阵亡中、苏飞行员各1名。
在战略攻击方面：中国空军曾对台北及日本本土进行过两次突袭，造成很大影响。1938年2月21日(一说23日)凌晨，中国空军驻汉口的苏联志愿队28架轰炸机飞越台湾海峡，7时许到达台北松山机场和新竹大电力厂上空进行俯冲轰炸。这一行动完全出乎日军意料之外，日方毫无防备。直至9时前后，日军飞机才飞到台北上空，但志愿队已完成轰炸任务，并在台北市低空环飞一周后飞回中国。这次突袭，炸毁日海军第一联合航空队鹿屋航空队飞机12架及仓库数座，并使新竹大电力厂遭到严重破坏。1938年5月20日，在中国军队安全撤出徐州包围圈，日军大肆宣扬徐州会战歼灭中国军队主力时，中国空军直属第14中队徐焕升及余彦博带领队员，驾驶2架马丁B-10重型轰炸机自宁波栎社机场起飞，到达日本九州上空，沿途经过熊本、久留米，福冈、佐世保、长崎等城市，散发了几十万张传单，于11时安然返回汉口基地。这是日本有史以来第一次受到其他国家飞机的袭击。1937年8月15日，日海军第一联合航空队木更津航空队以20架96式陆基攻击机从济州岛起飞，袭击中国南京时，曾自诩为“第一次渡洋爆击”、世界最初的“战略航空作战”等，万万没有料到中国空军轰炸机竟能跨过大海，远征到日本本土。全世界报纸都以大字标题报道了这一消息，许多国家的新闻媒介称之为中国空军的“人道远征”，说明此举在政治上、心理上起到重大作用。
在战术攻击方面：中国空军虽然因飞机数量太少，较少直接支援地面部队作战，但亦进行过许多积极行动。在徐州会战期间，曾多次轰炸南京、芜湖、广德、杭州、新乡、蚌埠等处日军机场。如1938年2月初，正当日军“华中方面军”第3飞行团以杭州为基地，支援其第13师团猛攻淮河北岸中国守军时，中国空军袭击了杭州机场，击毁敌机数架。在台儿庄地区战斗期间，还曾多次直接支援地面战斗，并于3月24日以轰炸机14架轰炸了韩庄、临城日军，4月4日以轰炸机和战斗机27架轰炸了台儿庄东北、西北敌人阵地，4月9日以9架飞机轰炸从峄县后退的日军，10日以飞机18架轰炸退至枣庄的日军等。在豫东地区战斗期间，还曾轰炸过三义寨、马牧集的日军，并阻滞了日军第1军对其第14师团的增援等。
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