1938年初，日军占领了北平和上海。北平与上海都是孤立的城市，如同一副挑子的两个筐，如果要联系起来，需要一根“扁担”。这根“扁担”是连接两地的铁路线，而“扁担”需要一个支点。这个支点就是徐州。
徐州会战，是1938年1月至5月中国第5战区军队与日本华北方面军、华中派遣军各一部，在以江苏省徐州为中心的津浦、陇海铁路地区进行的大规模的防御战役。
1937年12月，日军侵占南京后，第13师团北渡长江，进至安徽池河东岸的藕塘、明光一线；日军第10师团从山东青城、济阳间南渡黄河，占领济南后，进至济宁、蒙阴、青岛一线。日本大本营为打通津浦铁路，使南北战场连成一片，先后调集8个师另3个旅、两个支队（相当于旅）约24万人，分别由华中派遣军司令官畑俊六和华北方面军司令官寺内寿一指挥，实行南北对进，首先攻占战略要地徐州，然后沿陇海铁路西取郑州，再沿平汉铁路南夺武汉。
中方将以徐州为中心的鲁南、皖北一带划为第5战区。战区司令长官李宗仁对危险情形焦急万分，急调川军第22集团军从晋南洪洞休整地区昼夜兼程前往第5战区堵防。第22集团军行进途中，鲁中山区战略要地泰安失守，徐州形势万分危急。第22集团军先头部队抵达徐州和徐州以北的临城时，李宗仁已下令炸毁津浦线北断的铁路和藤县以北的北沙河铁路桥，滕县至临城之间的几座铁路桥也正在安放炸药。
李宗仁将胶东半岛视为战略死地，故调走主力，只留下青岛守备司令沈鸿烈带500名海军陆战队员象征性驻守。日军主力部队坂垣师团于1938年1月12日从海上登陆，利用机械化优势，迅速长距离转运。
第22集团军先头部队沿铁道线北上填防时，日军未抓住韩复榘不抵抗造成的津浦线完全空虚和沈鸿烈不抵抗导致的潍台防线空虚的机会，集中华北优势兵力，趁第22集团军先头部队立足未稳和主力部队未到，一鼓作气拿下徐州。而是继续向济宁方向追击韩复榘溃军，抢占运河防线，然后在济宁滞留集结近两个月，等候对徐州的包围到位。于是，第22集团军在日军王牌部队面前抢占了津浦线北段邹县以南地区，保住了徐州这个已势在必失的要地。第22集团军随后组织了对日军的反击和扰袭，击毙了第10师团的少将田岛荣次郎。
1938年1月11日，蒋介石逮捕了韩复榘，并在武昌将其枪决。此后，山东方面的军队扭转了不战而逃的局面，却没有抓住战机积极反攻。
李宗仁先后调集64个师另3个旅约60万兵力，以主力集中于徐州以北地区，抗击北线日军南犯，一部兵力部署于津浦铁路南段，阻止南线日军北进，以确保徐州。
1938年1月26日，日军第13师团向安徽凤阳、蚌埠进攻。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10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59军军长张自忠率部驰援，进至固镇，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，至3月初恢复淮河以北全部阵地。第21集团军和第31军旋由淮河南岸向北岸集中。双方隔河对峙。
2月下旬，日军第2集团军分路南犯。东路第5师从山东潍县南下，连陷沂水、莒县、日照，直扑临沂。第3集团军第40军等部节节抵抗。第59军奉命驰援，3月12日到达临沂北郊的沂河西岸，协同第40军实施反击，激战5昼夜，重创日军，迫其向莒县撤退。西路日军第10师团长濑支队从济宁地区西渡运河，向嘉祥进攻，遭第3集团军顽强抵抗，进攻受挫；濑谷支队沿津浦铁路南进，3月14日由邹城以南进攻滕州。守军第22集团军第41军英勇抗击，伤亡甚重，苦战至17日，第122师师长王铭章殉国，滕州失守。
3月20日，濑谷支队南进连陷临城、枣庄、韩庄，向台儿庄突进，企图一举攻占徐州。第2集团军总司令孙连仲率部固守台儿庄，第20军团汤恩伯、封裔忠率部让开津浦铁路正面，转入兰陵及其西北云谷山区，诱敌深入，待机破敌。3月23日，日军由枣庄南下，在台儿庄北侧的康庄、泥沟地区与守军警戒部队接战。24日起，日军反复向台儿庄猛攻，多次攻入庄内。守军第2集团军顽强抗击，与日军展开激烈的争夺战。第20军团主力向台儿庄机动，拊敌侧背，与第2集团军形成内外夹击之势；第3集团军进至临城、枣庄以北，断敌后路。
日军为解台儿庄正面之危，以坂本支队从临沂驰援，进至兰陵北面的秋湖地区，即被第20军团第52军包围。4月3日，第5战区发起全线反攻，激战4天，歼灭日军濑谷支队大部、坂本支队一部共万余人。日军残部于7日向峄城、枣庄撤退。
台儿庄战役前后近一个月，缴获了各型大炮70余门，坦克40余辆，装甲车70余辆，汽车100余辆，枪械10000余支等战利品，是抗战以来最大的一次军事胜利。
台儿庄大捷后，蒋介石令第5战区集中兵力于徐州附近，准备再次聚歼日军。而日军却改以部分兵力在正面牵制对方，主力向西迂回，企图从侧后包围徐州，歼灭第5战区主力。日军第10、第5师团分别从山东峄城和临沂西北南进，对守军第2集团军和第20、第3军团及第27军团第59军实施牵制性进攻。守军顽强抗击，至月底，将日军阻止在韩庄、邳州和郯城一线。日军开始从南北两个方面向徐州西侧迂回包围。在南面，第9、第13师团从蚌埠地区分别沿北淝河、涡河西岸北进；第3师由蚌埠进入大营集地区，向宿县进攻。在北面，第16师团由山东济宁渡运河，至14日向江苏丰县、砀山推进；第14师团从河南濮阳南渡黄河，陷山东菏泽、曹县后，直插河南兰封；第10师团将韩庄、台儿庄地区的作战交由第114师团接替，向沛县进攻。
5月中旬，徐州突然面临的严重危机，使蒋介石突然意识到：日军的意图是要围歼徐州中国军队主力。蒋介石立即与何应钦、白崇禧、陈诚、封裔忠等人研究策划。日军的企图已经暴露，再死守徐州已不现实，何应钦等亦主张赶紧突围。
当各路日军向徐州步步合围时，李宗仁令各路守军稍作抵抗后，即撤向山区、湖沼地区，进行“化整为零”的游击战，与敌人纠缠了月余。李宗仁与长官部官兵700余人，乘夜色经宿县、蒙城，越过敌之包围圈移驻潢川。留守徐州城的刘汝明部在萧县一带伏击日军第9师团，给日军造成重大伤亡。日军见中国军队大部已走，企图于徐州城围歼刘汝明部。刘汝明部佯作死守，见各路大军撤尽，放弃徐州城，巧妙地跳出日军数十万大军的重围，安全转移。日军伤亡万余人，得到一座空城。
5月下旬，日军沿陇海铁路西进占领开封。为阻止日军前进，蒋介石下令在郑州东北花园口附近炸开黄河大堤，河水经中牟、尉氏沿贾鲁河南泛。日军被迫向黄泛区以东地区撤退。会战结束。
此次会战消耗了日军有生力量，迟滞了日军进攻速度，为部署武汉保卫战赢得了时间。
徐州会战期间，国军伤亡合计约65000余人，歼日军两万余人。这时，希特勒对中国施加压力，宣布对中国禁运军火，5月间又下令召回驻中国军事代表团，而英、美等国仍无实际上的援助，国民政府感到依赖国际外力战胜日本的希望暂时难以实现。1938年6月9日，蒋介石发表声明，宣称当前战局的重点不在于一个城市、一个地区的防御成功与否，今后的战争将在山岳地带进行等，并于同日下令在武汉的政府各机关、中央党部、各大学及由沪迁来的工厂等向重庆、昆明转移，最后完成以西南为大后方的战略部署，贯彻执行“以空间换取时间”的战略方针，表示“始终保持我军之战斗力，而尽量消耗敌人的力量，使我军达到持久抗战之目的”。
徐州会战之前，中国军队基本采取单纯阵地防御战，往往处于被动地位，加之武器装备不如日军，所以屡战屡败。经过淞沪会战及南京保卫战，中国统帅部接受了以往的教训，改用将阵地战的守势与运动战的攻势及游击战的袭扰密切结合。在预选战场地区，以部分兵力固守阵地，吸引和消耗敌人；以部分兵力游击敌后，破坏交通，袭扰据点，牵制敌人；以主力兵团迂回敌军侧背，实施强有力的攻击，从而变内线作战为外线作战，于被动中争取主动。
