攻占南京后，華中日軍繼續(xù)向南推進(jìn)，意圖打通津浦鐵路，使南北戰(zhàn)場(chǎng)聯(lián)成一片。為此先后調(diào)集8個(gè)師、3個(gè)旅、2個(gè)支隊(duì)約24萬(wàn)人，實(shí)行南北對(duì)進(jìn)的方針，計(jì)劃首先攻占華東戰(zhàn)略要地徐州，然后沿隴海鐵路（蘭州－連云港）西取鄭州，再沿平漢鐵路（北京－漢口）南奪武漢。國(guó)民革命軍由第五戰(zhàn)區(qū)司令長(zhǎng)官李宗仁指揮，先后調(diào)集64個(gè)師另3個(gè)旅約60萬(wàn)人,以主力集中于徐州以北地區(qū)，抗擊北線日軍南犯，一部兵力部署于津浦鐵路南段，阻止南線日軍北進(jìn)，以確保徐州。

1937年12月26日，日軍猛攻山東青島與煙臺(tái)。蔣介石急電山東省主席韓復(fù)渠務(wù)必固守津浦沿線要地，不料韓復(fù)渠為私利置之不理，不戰(zhàn)而退，省會(huì)濟(jì)南、泰安相繼淪陷。津浦線門(mén)戶(hù)大開(kāi)。

4月，中國(guó)最高軍事當(dāng)局令第五戰(zhàn)區(qū)集中主力兵力于徐州附近，準(zhǔn)備與日軍進(jìn)行決戰(zhàn)。日軍改以部分兵力在正面牽制對(duì)方，主力向西迂回，企圖從側(cè)后包圍徐州，殲滅第五戰(zhàn)區(qū)主力。5月13日，日軍第一軍第十四師團(tuán)，由荷澤渡黃河，準(zhǔn)備在遠(yuǎn)方截?cái)嚯]海路向西的交通。第二日，菏澤被攻克。華中派遣軍第十三第九師團(tuán)強(qiáng)渡淮河，北攻徐州，主力經(jīng)由宿縣，而撲向徐州西方的隴海路要地碭山，切斷國(guó)軍西撤路線。另外又派第三師團(tuán)以及兩個(gè)支隊(duì)北上，直逼徐州。日軍陸戰(zhàn)隊(duì)登陸連云港，對(duì)徐州進(jìn)行三面包圍。

5月15日，為保證有生力量，蔣介石決定放棄徐州。16日，第五戰(zhàn)區(qū)命令各部隊(duì)分別向豫、皖邊界山區(qū)突圍。1938年5月19日徐州陷落。日軍繼續(xù)推進(jìn)，占領(lǐng)開(kāi)封，蔣介石下令炸開(kāi)花園口黃河大堤，以洪水阻斷日軍前進(jìn)路線，日軍被迫向黃泛區(qū)以東地區(qū)后撤。徐州會(huì)戰(zhàn)告一段落。