發生過程：

1938年1月26日，日軍第13師向安徽鳳陽、蚌埠進攻。守軍第11集團軍第31軍在池河西岸地區逐次抵抗後，向定遠、鳳陽以西撤退。至2月3日，日軍先後攻占臨淮關、蚌埠。9日至10日，日軍第13師主力分別在蚌埠、臨淮關強渡淮河，向北岸發起進攻。

中國軍隊中原東北軍改編的第51軍在軍長於學忠率領下，與日軍展開激戰，淮河兩岸敵我陣地反覆易手，雙方數度展開白刃戰，淮河被染成血河。51軍與敵激戰10天後，第五戰區以第59軍軍長張自忠率部馳援，進至固鎮地區，協同第51軍在淮河北岸地區頑強抗擊日軍。同時，在淮河南岸，以第21集團軍第48軍固守爐橋地區，第7軍協同第31軍迂迴攻擊定遠日軍側後，迫日軍第13師主力由淮河北岸回援。第59、第51軍乘勢反攻，至3月初恢復淮河以北全部陣地。第31軍旋由淮河南岸向北岸集中。雙方隔河對峙。後31軍、59軍奉命到北線支援，淮河仍由51軍固守，直至掩護徐州會戰的中國軍隊全部安全轉移。

3月20日，日軍第10師團瀨谷支隊南進連陷臨城（今薛城）、棗莊、韓莊後，孤軍深入，向台兒莊突進。台兒莊為徐州水、陸運輸大動脈的關鍵地，如遭佔領徐州的防禦將更為艱難；李宗仁決定扼守京杭大運河河北要塞台兒莊，在當地與日軍展開大規模決戰。

李宗仁以第2集團軍總司令孫連仲率部固守台兒莊，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，待機破敵。

3月23日，日軍由棗莊南下，在台兒莊北側的康莊、泥溝地區與守軍警戒部隊接戰。24日起，日軍反覆向台兒莊猛攻，多次攻入莊內。守軍第2集團軍頑強抗擊,與日軍展開激烈的爭奪戰。第五戰區以第20軍團主力向台兒莊機動，拊敵側背，與第2集團軍形成內外夾擊之勢，並令第3集團軍進至臨城、棗莊以北，斷敵後路。日軍為解台兒莊正面之危，速以第5師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。

由於張自忠第五十九軍、龐炳勛第40軍的通力合作化解日軍衝力，讓湯恩伯第二十軍團完成包抄，成功包圍了攻擊台兒莊的谷瀨支隊，4月7日，第五戰區發起全線反攻，谷瀨、坂本二支隊遭擊退；日軍後撤回嶧城、棗莊，該役日軍死2369、傷9615，共計折兵萬餘。中國方面稱此仗為台兒莊大捷。

中國最高軍事當局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對方，主力向西迂迴，企圖從側後包圍徐州，殲滅第五戰區主力。

4月18日，日軍第10、第5師分別從山東嶧城（今屬棗莊）和臨沂西北的義堂地區南進，對守軍第2集團軍和第20、第3軍團及第27軍團第59軍實施牽制性進攻。守軍頑強抗擊，至月底，將日軍阻止在韓莊、邳縣（今邳州）和郯城一線。

5月5日，日軍開始從南北兩個方面向徐州西側迂迴包圍。在南面，第9、第13師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師由蚌埠進入大營集地區，向宿縣（今宿州）進攻。

在北面，第16師由山東濟寧渡運河，至14日，連陷鄆城、單縣、金鄉、魚台後，向江蘇豐縣、碭山推進；第14師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師將韓莊、台兒莊地區的作戰交由第114師接替後，在夏鎮附近渡過微山湖，向沛縣（屬江蘇）進攻。

由於日軍日軍東南兩路趕到，已形成對徐州的四面合圍態勢，5月15日，中國最高軍事會議決定放棄徐州。16日，第五戰區命令各部隊分別向豫、皖邊界山區突圍。中國軍隊於1938年5月19日撤出徐州，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，蔣中正於6月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。山東省主席韓復榘因臨陣退縮，被蔣中正下令槍決。

歷史影響：

日軍在台兒莊失利後，為爭回國際顏面，不惜推翻1938年不發動新攻勢的原議，自4月中旬後開始調整華北及華中兩方面師團部隊，全力向徐州方向進軍。國民政府考量國家整體戰略，續下令各參戰主力部隊，開始按計畫轉進以保存後續作戰實力。

儘管徐州於5月仍終為日軍所佔領，但也僅是一座空城，所有重要戰略物資及人員，均已安全向西撤離，對國軍日後抗日作戰，提供穩定而持續的後勤資源，影響甚鉅。

同時，1938年的徐州會戰除了是抗戰以來首場大捷，更是中日戰史上影響深遠的戰役，其一、此次會戰，是國軍所打下首場勝仗。其二、適切而靈活戰略指導，充分證明國軍不但能守，而且能攻，雖裝備劣勢，亦可以英勇之精神與靈活戰術運用彌補，以收克敵制勝之效。其三、此次會戰除日軍被迫逐次用兵，除消耗大量有生力量，更遲滯了日軍進攻速度，為部署武漢保衛戰贏得了時間。其四、全國軍民受到鼓舞振奮，更加堅定抗戰到底的信心，一掃上海南京等地淪陷的悲觀情緒。