若中国军队控制住徐州，就能确保横贯东西的军事大动脉陇海线畅通，利用该铁路线继续进行东西南北的战略物资和人员大规模调运，还能阻断南北日军占领线和占领区的贯通，并有利于部署实施对杭州和济南两大方向日占区的夹击反攻。

反之，若徐州被日军占据，日军全线贯通津浦线，就可以利用铁路运输和机械化优势，轻易进行南北兵力和物资调运，可以从整个铁道线任意选择薄弱环节进行推进，大大提高作战能力。

特别是通过和陇海线的配合利用，更容易向平汉线推进，进攻郑州和武汉地区，以及沉重打击中国军队的主力部队和抵抗能力。

1月26日，日军第13师向安徽凤阳、蚌埠进攻，至此徐州会战拉开了帷幕。

民党守军第11集团军第31军在池河西岸地区逐次抵抗后，向定远、凤阳以西撤退。至2月3日，日军先后攻占临淮关、蚌埠。

2月9日，日军第13师团主力分别在蚌埠、临淮关强渡淮河，向北岸发起进攻。第51军与日军展开激战，伤亡甚重，

12日向澥河、浍河方向撤退。第五战区以第59军军长张自忠率部驰援，进至固镇地区，协同第51军在淮河北岸地区顽强抗击日军。

同时，在淮河南岸，以第21集团军第48军固守炉桥地区，第7军协同第31军迂回攻击定远日军侧后，迫日军第13师团主力由淮河北岸回援。第59、第51军乘势反攻，并收复大片失地。

徐州会战2月下旬，由于韩复榘的不战自溃，日军占领齐鲁大部，刚刚组建的日军第2军在司令官西尾寿造的率领下开始分路南犯，重新恢复建制的第5师团从齐鲁潍县南下，连陷沂水、莒县、日照，直扑临沂。

不料，第五师团在徐州东北约150公里的临沂遭到庞炳勋军团的抵抗。庞炳勋是位老将，年逾花甲，其军团在参加淞沪会战之后编入第五战区，这时实际上只有5个步兵团、不足一个军的兵力。

但是，第五师团由于被张城的教导师成建制消灭过，新建师团的绝对优势兵力遭到庞军的顽强抵抗后，竟然一时间奈何不了一个名不见经传的支那“杂牌军“。新任第五师团师团长国崎登觉得很丢面子，督阵猛攻。

李宗仁闻讯后立即将预定北上增援滕县、协同川军反攻邹县的张自忠军，紧急改调临沂。善于作战的张自忠不顾与庞炳勋之间的私人矛盾，指挥所部与庞军内外夹击，大败日军。庞张两军以伤亡3000人左右的代价，毙伤相近数量的日军。

消息传出，国统区顿时一片沸腾，张自忠将军洗刷了丢失了北平的耻辱，声望如日中天。