3月17日、18日，日军第2军第10师团的濑谷支队先后攻占了临城及滕县，令步兵第63联队的第1大队(欠1个中队)继续沿津浦路南进，向韩庄追击；为了控制枣庄煤矿，又令第63联队的第2大队向峄县追击。txt下载80txt.com3月19日，日军第63联队的第1、第2大队分别击退了刚刚赶至沙河及峄县布防的第20军团第85军第89师的第6旅及第4师的第23团，占领了韩庄、峄县。
由于临沂方面日军第5师团坂本支队进攻受挫、处境困难，第2军参谋清福大佐到兖州面告第10师团师团长，希望对坂本支队予以支援。师团长矶谷廉介于20日命令濑谷支队：“须确保韩庄至台儿庄运河一线，并警备临城、峄县，同时应以尽可能多的兵力向临沂方面前进，协助第5师团战斗。”濑谷启即率第63联队进至峄县；22日，根据师团长意图下达了作战命令，主要内容为：“(1)第63联队第1大队(欠1个中队)担任韩庄地区的守备。(2)第63联队第2大队，配属野炮1个大队，明日(23日)从峄县出发，进占并确保台儿庄附近运河一线地区。(3)步兵第10联队，明日从临城出发，向临沂方向前进，策应第5师团之坂本支队作战。(4)濑谷支队主力集结于峄县附近”，观察情况的发展，再作出下一步的处置。3月22日，濑谷启得到航空兵空中侦察的报告：微山湖上中国军队约千余艘小船正向湖东的夏镇前进。由于这一新的情况，濑谷启改变了决心，支队主力亦暂不向峄县集中，仍留临城地区，准备应付微山湖方面可能发生的进攻，但第63联队第2大队的任务不变，仍向台儿庄进攻(称该大队为“台儿庄派遣队”)。
当津浦路北段日军开始由邹县南进时，军事委员会除将汤恩伯第20军团转移于第五战区外，3月14日又将军事委员会直接掌握的孙连仲第2集团军转隶第五战区。李宗仁在临城失守时决心集中兵力将向津浦路南进的日军围歼于临城以南地区。3月19日拟定了作战命令，21日报请蒋介石审核。其关于津浦路正面作战的主要内容为：“(1)临城、峄县、韩庄间之敌约步兵三联队、骑兵1联队、炮兵1联队、坦克车五六十辆，自14日以来，在界河、滕县、南沙河及临、枣各地与我邓集团(指第22集团)及王军(指王仲廉第85军)激战，现分部南进，已达韩庄及峄县附近，其主力似尚在临城。(2)战区以收复鲁中广大地区为目的，以一部在运河之线取攻势防御态势，以主力由峄县东南及东北山地，侧击南下之敌，聚歼于临枣支线与韩庄运河间地区。(3)各部队之部署及任务如左：甲、汤军团新配属31师(欠110师)，应集中主力于峄县东侧及枣庄西北方焦山头附近一带山地，于3月20日(后改为24日)拂晓全线开始攻击，务先击破峄、枣之敌，向临城、沙沟两地附近侧击，压迫敌于微山湖东岸而歼灭之。其一部集结于台儿庄北方地区，准备对峄县及其西北地区协力于主力作战。乙、孙集团军新配属110师(欠31团)，应以一部在侯新闸以西运河南岸防御，待机渡河北进，主力控置于贾汪附近及荆山、茅村镇间”。蒋介石于当日21时复电，原则批准，但对其部署作了修正，指示：“(1)汤军团进出运河后，以约两师对峄县方面佯攻，以三师由峄县以东梯次迂回求滕县以南亘峄县间敌之侧背攻击之。(2)张轸师(指第110师)及独44旅归孙仿鲁(孙连仲)指挥，守备运河。(3)孙仿鲁部两师集结徐州待机。(4)张自忠军(略)。(5)孙、曹(指孙桐萱、曹福林之第3集团军)出击部队，除以主力向邹县、两下店间地区挺进外，另以两团由汶上方面向肥城、大汶口挺进游击，限宥日(26日)到达，准予悬赏。万一敌有增援队由济宁出击时，除守势部队竭力阻止外，其出击部队仍须在铁路线上游击，不得撤回运河西岸。”
至3月22日夜，第20军团的第52军已将运河南岸防务交第110师，该军北向兰陵镇地区转进；第85军已与韩庄、峄县之敌脱离接触，正向青山地区转移；配属第20军团的第31师进至台儿庄地区(第31师于24日仍归属第2集团军)；第110师及独立第44旅在运河南岸台儿庄至韩庄间防守，第2集团军的第27师在贾汪地区，总司令部及第30师在徐州附近的茅村地区。
第五战区这次攻势作战的主力是第20军团。第31师的任务是以佯攻或固守手段牵制住峄县日军，以便于第20军团从侧背攻击、歼灭敌人。早在第31师副师长屈伸于3月19日先行到达徐州受领任务时，李宗仁就已将这次战役的作战方针及指导要领告诉他。李宗仁说：“鲁南突出冒进之敌约一个师，有进窥徐州之模样，你师到车辐山后，先接替台儿庄沿运河的防线，尔后向峄县之敌攻击前进。敌如出而迎战，你师应全力堵击，迨汤恩伯军团进击敌侧背，全力压迫敌人于微山湖畔聚而歼之；敌如固守待援，你师应尽力牵制，监视敌人，掩护关麟徵军北上与王仲廉军协力包围攻击，歼灭枣庄之敌，再回师合击峄县之敌，将战线推进到兖州以北。为了协同方便，你师即暂归汤军团长指挥。”
22日，汤恩伯在台儿庄也曾向池峰城告知上述作战企图，并表示：“设峄县之敌凭借峄县山城固守，则军团之攻略不易得手。31师应诱敌脱离山城，则歼敌易举。”还说：你们与敌接触后一日之内军团即可回援，你师如能在台儿庄坚守三日即算完成任务。池峰城根据上级的意图，决心提前于23日“拂晓向峄县之敌施行佯攻，期诱敌于南、北洛附近而抑留之，待军团主力之南旋而歼灭之”。基于上述决心，22日15时下达作战命令，主要内容为：“(1)第93旅之185团位置于北洛，以一营进至前城、赵庄地区，该旅之便衣队即向獐山、北山、西黄山湖搜索而占领之。旅部率禹营(指第186团第3营禹功魁营)位置于南洛附近，应于明(23)日拂晓后向峄县之敌行佯攻，后逐次抵抗于北洛附近。第188团(欠1营)担任台儿庄之守备。(2)第91旅以181团控置于台儿庄，以182团担任台儿庄运河南岸警戒。(3)师部推进至台儿庄。”
至3月22日夜，第20军团的第52军将运河南岸防务移交第110师后进至向庄地区。第85军已与韩庄、峄县之敌脱离接触，后转移至抱犊崮山区。
3月23日拂晓，第31师师长令旅长乜子彬率1个团向峄县攻击前进。与此同时，日军“台儿庄派遣队”也由峄县出发向台儿庄攻击前进，双方在獐山遭遇。日军击退第31师的骑兵搜索队及击歼第183团的尖兵连后，在泥沟又击退了第183团的前卫营，于当晚占领了北洛。濑谷启于战俘口中得知：峄县周围的部队是中国军队第20军团的4个师；第五战区司令长官李宗仁已命令汤恩伯在峄县东北及北方的山区集结，24日开始攻击，企图将韩庄、临城一带日军压迫、歼灭于微山湖东岸地区；汤恩伯现在向城。于是决定将支队主力集结于临城、峄县，准备与汤军作战，原定支援临沂的部队减为1个大队，对进攻台儿庄的兵力与任务则不变动。连夜下达命令：“(1)支队以一部遣往沂州方向策应坂本支队，主力确保韩庄及台儿庄附近的大运河一线。(2)沂州支队(以步兵第10联队第2大队为基干)24日从临城出发，向沂州方向前进，策应坂本支队作战。(3)步兵第10联队(欠第2大队，配属炮兵等)以一部确保韩庄附近大运河线，主力于临城集结。(4)步兵第63联队(欠1个大队，配属炮兵等)以一部确保台儿庄附近大运河线，主力集结于峄县。(5)支队司令部及直属部队集结于枣庄附近。”
24日，中国空军为支援第20军团进攻作战，拂晓后以轰炸机14架轰炸了韩庄、临城及枣庄的日军，但第20军团并未按预定的时间开始进攻。当晚，军团部及第85军仍在抱犊崮山区中，仅第52军到达了预定的进攻出发地位――郭里集、鹁鸽窝之线。当日，蒋介石至徐州视察，将随行的副参谋总长白崇禧、军令部次长林蔚及厅长刘斐等留第五战区协助李宗仁策划作战。同时令第31师改为防守台儿庄，并增调炮第7团的野炮1个营(有沈阳造仿克鲁75毫米野炮10门)、机械化野战重炮兵1个连(有德国造卜福斯的150毫米榴弹炮2门)及铁甲车第3中队配属第31师，以加强台儿庄的防守火力；还令第31师解除第20军团的配属任务，归还第2集团军建制，由孙连仲统一指挥台儿庄方面的作战。（棉花糖小说网 Www.MianHuaTang.C 孙连仲于当日进至台儿庄运河南岸的韩家寺，将其第27师由贾汪推进至台儿庄附近，接替第31师河防部队，以加强台儿庄的防守力量。
同日，日军沂州支队开始东进，当晚宿营于枣庄，以约1个中队的兵力为先遣队，进至郭里集，占据了村东北角的大碉楼。“台儿庄派遣队”继续由北洛向台儿庄进攻，中午前后攻占南洛，黄昏时推进至台儿庄附近。台儿庄南靠运河北岸，四周有长约4公里的砖砌城墙，并建有大小碉堡多座，共有6个城门，城西南角的文昌阁为全城制高点。日军以猛烈的炮兵火力摧毁了东北城墙，一度突入城内；在第31师不断反击下，败退城外，遂在北郊一带构筑工事，防御第31师反击及等待援军，作再次进攻的准备。
5日拂晓时，进入郭里集的第52军第25师第75旅之一部与日军沂州支队的先遣中队互相发现。第52军部队立即将碉楼包围，并调来炮兵进行攻击。经战斗后，该日军中队大部被歼，仅十余人突围逃至枣庄。枣庄日军沂州支队在第25师围攻其先遣中队时曾派出数百人进攻郭里集，企图救援，被第25师击退。第52军的第2师从鹁鸽窝向枣庄进攻，但被击退。汤恩伯率第85军主力仍在抱犊崮山区按兵不动，仅令派出1个旅与第52军协同作战，而该旅仅派出1个团、该团又仅派出几个排的兵力在枣庄外围进行了袭扰性攻击，然后又退回抱犊崮山区中。
位于枣庄附近的濑谷启于24日夜收到了“台儿庄派遣队”的请援电报。由于枣庄、郭里集方面受到第52军的攻击，濑谷支队只能抽调约2个步兵中队的兵力，配属2门重炮南下增援，支队主力准备“与郭里集附近之敌进行决战”，令第10联队(约1个半大队的兵力)从临城向枣庄以南运动。增援台儿庄派遣队的2个中队于黄昏前后到达台儿庄，立即遭到第31师的反击。“台儿庄派遣队”队长因两日来伤亡过多，而增援的仅2个中队，仍难完成攻占台儿庄的任务，26日凌晨又向濑谷启发出第二次请援电报：“(1)敌兵力为3个师(城内1、城东1、城西及包围我的1)，城内及火车站附近有列车炮。(2)派遣队等待增援，27日开始攻击。(3)战死20，战伤112，突入城内生死不明者15。”濑谷
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