张自忠第五十九军3个师3万余人的坚决抵抗。使日军苦战经旬，付出重大伤亡，也未能攻克临沂城。滕县和临沂战斗，为台儿庄战役赢得了时间。

日军濑谷支队攻陷滕县后，更为骄横，全然不顾坂本支队在临沂受阻，继续冒险前进.3月18日在攻下临城后，直扑韩庄、峄县，沿枣台支线进攻台儿庄。台儿庄位于徐州东北30公里的运河北岸，北连津浦路，南接陇海路，是徐州北部的门户。这时，能不能守住台儿庄，成为徐州会战的关键所在。

第五战区司令部，利用滕县、临沂战斗的时机，调整了军队部署。派孙连仲第二集团军3个师防守台儿庄地区，池峰城第三十一师守备台儿庄主阵地，黄樵松第二十七师和张金照第三十师部署在台儿庄外围东、西两侧；汤恩伯团则留置日军侧后的峄县地区，准备在敌进入台儿庄时，南北夹击，歼敌于运河之畔。

3月23日，濑谷以其步兵第六十三团第二营为基干，配属野炮1个营，组成台儿庄派遣队，沿台（儿庄）枣（庄）铁路支线南下，在泥沟车站与中国守军的警戒哨接战。次日，在强大炮火掩护下，日军猛攻台儿庄东北角，冲锋队一度突破城墙。池峰城师当即实施猛烈反击，敌仓皇撤退；城西三十师乘势侧击敌翼侧，重创敌军。

26日，濑谷再以步兵第六十三联队1个营为基干，配属工兵、炮兵、装甲兵，组成台儿庄攻城队，再次对台儿庄发起进攻，并在28日攻破北寨墙角。但这次进攻又被黄樵松第二十七师反突击击退。

30日，敌又派第十联队来援，遭到第三十师拦击，伤亡甚重。4月1日和2日，矾谷廉介再把两个联队投入台儿庄。3日，敌军冲进台儿庄，全村2/3为敌占去，我军死守，牺牲十之七、八，但仍保有台儿庄西关一隅之地。

4月18日开始，日军从南、北两线发动了对徐州的攻势。北线，敌第十师团在临城、峄县，向城间