1938年1～6月，中國軍隊在以徐州為中心的江蘇、山東、安徽、河南四省地域抗擊侵華日軍進攻的作戰。
日軍侵佔南京後，日軍大本營為打通津浦鐵路（天津—浦口），使南北戰場連成一片，先後調集8個師團另3個旅團、2個支隊約24萬人，分別由華中派遣軍（1938年2月18日由華中方面軍改編）司令官畑俊六與華北方面軍司令官寺內壽一指揮，實行南北對進。首先攻佔華東戰略要地徐州，然後沿隴海鐵路（蘭州—連雲港）西取鄭州，再沿平漢鐵路（北平——漢口）南奪武漢。時第五戰區司令長官指揮中國軍隊64個師另3個旅約60萬人，將主力集中於徐州以北，抗擊北線日軍南犯，一部兵力部署於津浦鐵路南段，阻止南線日軍北進，以確保徐州。
圖1 中國軍隊向魯南集合，準備在徐州與日軍交戰
徐州以南地區作戰 1938年1月26日，日軍第13師團向安徽鳳陽、蚌埠進攻。守軍第31軍在池河西岸地區逐次進行瞭抵抗。2月初，日軍在攻占瞭臨淮關、蚌埠後，第13師團主力強渡淮河，向北岸發起進攻。守軍第51軍與馳援的第59軍協同，在淮河北岸地區頑強抗擊日軍。守衛淮河南岸的第7軍協同第31軍迂回攻擊日軍側後，迫日軍第13師團主力由淮河北岸回援。第59、第51軍乘機反攻，至3月初恢復淮河以北全部陣地。後南岸中國軍隊集中到北岸，隔河與日軍對峙。
徐州以北地區作戰 2月下旬，華北日軍第2集團軍開始分路南犯。東路第5師團沿膠濟鐵路東進，連陷沂水、莒縣、日照，直撲臨沂。守軍第40軍和第59軍協同實施反擊，重創日軍，迫其向莒縣撤退。西路日軍第10師團長瀨支隊從濟寧地區西渡運河，向嘉祥進攻，遭第3集團軍頑強抵抗，進攻受挫；瀨谷支隊沿津浦鐵路南進，3月14日由鄒縣（今鄒城）以南的兩下店進攻滕縣（今滕州）。守軍第22集團軍第41軍英勇抗擊，苦戰至17日，守城的第122師師長王銘章殉國，滕縣失守。
臺兒莊地區作戰 3月20日，日軍瀨谷支隊南進，連陷臨城（今薛城）、棗莊、韓莊後，孤軍深入，向臺兒莊突進，企圖一舉攻占徐州。李宗仁以第2集團軍總司令孫連仲率部固守臺兒莊，第20軍團軍團長湯恩伯率部讓開津浦鐵路正面，轉入蘭陵及其西北雲谷山區，誘敵深入。24日起，日軍反復向臺兒莊猛攻，多次攻入莊內。守軍第2集團軍與日軍展開激烈的爭奪戰。第五戰區以第20軍團主力向臺兒莊機動，拊敵側背，並令第3集團軍進至臨城、棗莊以北，斷敵後路。日軍為解臺兒莊正面之危，速以第5師團坂本支隊從臨沂馳援，進至蘭陵北面的秋湖地區，即被第20軍團第52軍卷擊包圍。4月3日，第五戰區發起全線反攻，激戰4天，殲滅日軍瀨谷支隊大部、坂本支隊一部共萬餘人。其餘日軍殘部於7日向嶧城、棗莊撤退。
徐州附近地區作戰 臺兒莊大捷後，中國統帥部令第五戰區集中兵力於徐州附近，準備再次聚殲日軍。日軍改以部分兵力在正面牽制，主力向西迂回，企圖從側後包圍徐州，殲滅第五戰區主力。4月底，實施牽制性進攻的日軍第10、第5師團，被守軍阻於韓莊、邳縣（今邳州）和郯城一線。5月5日開始，日軍主力從南北兩個方向向徐州西側迂回包圍。南面，第9、第13師團從蚌埠地區分別沿北淝河、渦河西岸北進，至13日陷蒙城、永城（屬河南）後，向江蘇蕭縣、碭山（今均屬安徽）進攻；第3師團由蚌埠進入大營集地區，向宿縣（今宿州）進攻。北面，第16師團由山東濟寧渡運河，至14日連陷鄆城、單縣、金鄉、魚臺後，向江蘇豐縣、碭山推進；第14師團從河南濮陽南渡黃河，陷山東菏澤、曹縣後，直插河南蘭封（今蘭考）；同時，第10師團將韓莊、臺兒莊地區的作戰交由第114師團接替後，渡過微山湖向沛縣（屬江蘇）進攻。至此，日軍已形成對徐州的四面合圍態勢。5月15日，中國統帥部決定放棄徐州。16日，第五戰區命令各部隊分別向豫、皖邊界山區突圍。19日徐州陷落。日軍沿隴海鐵路西進，6月6日占領開封。為阻止日軍前進，蔣介石9日下令在鄭州東北花園口附近炸開黃河大堤，河水經中牟、尉氏沿賈魯河南泛。日軍被迫向黃泛區以東地區撤退。會戰結束。
圖2 李宗仁赴臺兒莊西南前線督戰
此役，中國軍隊英勇奮戰，消耗瞭日軍有生力量，遲滯瞭日軍進攻速度，為部署武漢保衛戰贏得瞭時間。