日军在枣庄和台儿庄被守军顶住，不得已将援军往前送。这样一来，其后路守军必然被大量抽调，导致后勤出现问题。对付一般的中国游击部队，那日军后勤部队尚能应付，但真要遇到正规军，必然难逃被歼灭的命运。
此时济宁的日军就是面临着这样的命运。4月20日，保安军第四军夜间强行军近八十公里，突然出现在济宁郊区。稍事休息后，趁天未亮，就发动了对济宁的攻击。济宁这么一个重要的据点，第114师团居然就安排了一个大队的守军。在保安军杀进济宁大街，日军才发现突降的厄运。没有悬念的，面对保安军403整编师一万八千余人的进攻，这个大队的鬼子几乎一下子被消灭殆尽。倒是一帮伤残的鬼子最后集中在一个院子里，自知难以反抗，集体自杀身亡。
第四军军长李银豹不敢耽搁，留下第403师攻占济宁，构筑工事向北防御后，亲自率领两个师和军部快速南下滕县，完成对日军第5、第114两个师团的包围。杨大龙收到第四军拿下济宁、邹县的报告，马上命令第一军由临沂方向向西包围，第三军也协同冲出枣庄向北进攻。空军出动第七、第八两个师对龟缩在滕县为中心的日军展开一轮轮轰炸。30余万保安军将不足五万日军团团围住。
本着不使一个鬼子漏网的信念，保安军从三面稳稳推进，将日军压向微山湖。截至21日中午，两个日军师团被包围压缩在以滕县为中心方圆不足30公里的范围里。多次突围被打回的日军已经开始绝望了，依托滕县建立简易工事，等待援军成了日军的唯一指望。
消息传回，整个华北派遣军司令部沸腾了。前一天还捷报频传，一路压着支那军攻向徐州，怎么短短一夜的时间，就说两个师团被围了呢？这让谁也想不通啊！华北方面军司令官寺内寿一大将一面命令参谋马上核实战况，一边找来参谋长冈部直三郎中将商量应对之策。矮壮精明的冈部参谋长也不敢怠慢，马上撅起趴在华北作战详细图上作业起来。
第二军现在除了司令部的几千守备部队外，其三个主力师团已经悉数在徐州战场上了。指望他们自救是不可能了！可若是调集第一军的部队，其离得最近的第14师团也在河南封丘，没有两天时间绝对是赶不到的。津浦铁路也被支那共产党游击部队和山东部队给拆毁的不想样子，铁路工人也消极怠工，从河北派兵怕也是远水解不了近渴。盘算了一会，冈部提出了意见：一、第五师团放弃台儿庄，向北靠拢枣庄，三个师团形成战斗群，互相保护支持；二、责成第一军第14师团，快速杀奔山东济宁，向南积极打开支那包围圈缺口；三、第一军第108、109师团集结组成南下救援兵团，克服津浦路困难，救出陷入包围部队。四、海州近藤支队主动出击，牵制支那军兵力；五、航空兵加大出动力度，策应被围部队并担任空投补给的任务！六，告知第10、114师团，依托滕县据守，等候各路援军到达，出击消灭支那部队！
不能不说冈部直三郎中将是东京陆军大学毕业的高材生，略加权衡就拿出了切实可行的应急办法。不仅想着救援出被围的两个师团，还企图抓住时机打一个反击。诚然，他的计划对付中国其他军队那是合理完美的。不过遇到了保安军，只能说是一厢情愿。完成包围后，保安军三个军属坦克旅三百多辆坦克，三百门自行火炮，六百多辆装甲车掩护着数不清的步兵展开收拢、突击。空中轮番的飞机俯冲轰炸、扫射，水面军团属水上大队的小炮艇封锁住了水路，让包围圈里的日军插翅难逃！
当然，最卖力的还是日军第五师团。第5师团师团长坂垣征四郎中将得到第10师团师团长矶谷廉介中将、第114师团师团长末松茂治中将联合签署的请求战术指导的文书，就知道坏了！他在司令部命令到达前就已经撤围台儿庄，准备北上枣庄了。
台儿庄守军总算吁了口气！第2集团军司令孙连仲几乎是哭出了声来：要再守个三两天，估计池峰城第三十一师将被打光了！感谢保安军的出击解围！一边的庞炳勋、张自忠两个在一边连连点头。还是赶来协助李宗仁，参赞五战区军事的小诸葛白崇禧说了句题外话，日军退了，那是瞄着保安军去得，你们几个应该马上发动追击配合作战啊！于是，性急的张自忠第一个带着骑兵旅跑了，指挥部队一路撵着日军追杀。
可坂垣征四郎实在是不敢恋战，一边应付着西北军两员大将的骚扰，一边催促部队日夜赶路。不成想没有前进三五十里，就遇到了清闲等候多时的川军第22集团军。用邓锡侯哀怨的话说，****的保安军看不上老子。格老子的都给老子争口气，莫让人家看扁了我们川军哟！于是，一贯以进攻著称的第五师团遇到了最顽强坚韧的阻击，一连进攻了两天两夜，愣是没有攻破3万川军的防线。当然，这一战，川军死9764人，伤4300余人。大部分伤员选择身揣集束手榴弹或滚向日军坦克，或与围上来的鬼子同归于尽，煞是悲壮！李义后来在上报战功时，将川军第22集团军列为徐州大捷的首功！
时间是宝贵的，拖延就会出现不可预知的变数。日军没有估计到中方敢于打出如此规模的歼灭战，让保安军捕捉到了战机。机不可失失不再来！保安军向被围日军发动了决战冲锋。一辆辆坦克车掩护着步兵冲向日军阵地，一路轰爆日军堡垒、碾碎日军的战线，直至最后的阵地。空军也全力和日军争夺战场制空权，关键时刻几乎每一分每一秒都有飞机坠落。
日军也打疯了，不断组织敢死队反扑。可在钢铁、自动武器的打击下，饶是天照大神附体也是不管用的！两天两夜的不间断战斗，日军最后龟缩在滕县的三片通联宅院里。前敌总指挥秦二愣命令集中近百门火炮、四十余辆坦克准备强攻。
“杀给给！”一群百余名光着上身的鬼子人人手中高举着战刀冲了出来，鬼子已经没有子弹了！摆场子冷战？开什么玩笑！老秦本就不是个玩笑人。他面无表情的下令，无数条火龙将这伙鬼子打得狂抖乱舞！
为什么不开炮老秦面色严肃。
“鬼子抓了上千的老百姓，关在院子里做挡箭牌！”参谋惶恐的回答。
“马上请示司令！”他也感到棘手。
“****的小鬼子！”李义怒骂一声，咬牙想了一下。“开炮！统计好人质名单，全部按烈士对待！”时间不等人，不能有妇人之仁！
炽热的炮火几乎将这上万平方米的院落夷为平地，两千多中国居民为国捐躯。他们没有白死，日军两个师团部，师团长以下三千多人全部被歼灭。
徐州会战主要战役枣庄战役攻击歼灭日军两个师团（除114师团少量人马漏网），共计53700余人。日军第5师团得知第10、114师团被歼后，仓皇逃窜。沿途被川军、张自忠、庞炳勋部以及山东部队追击打击，被歼过万人。加上海州的歼敌，南线桂军的战绩，整个徐州会战的战果将近九万人，足足三个日军师团的兵力被消耗一空。此外，还缴获了大量的火炮、战车以及数不清的轻武器！
5月1日，国民政府正式宣告徐州会战胜利，歼敌十五万人！军政部遍邀各友邦武官和记者前往徐州参观。整整排列整齐的上百辆日军战车、几百门火炮都是此战的战利品，引得老外们的不住赞叹！也许，中国真能战胜日本，每一个记者都在报导中预测道。
5月1日，日本也发布了徐州会战的小挫折，伤亡勇士1500人，国内一片哗然！华北方面军第2军司令官西尾寿造中将、参谋长铃木率道少将被撤职。可是，有识之士的眼睛是雪亮的，从军部的运输舰上源源不断的骨灰盒何止是成千上万？难道是把支那人的骨灰带回来了。
