而东路的装甲师及骑兵部队，连夜赶到了邳州，随即发动了进攻。经过一天的激烈战斗，八路军成功收复邳州，全歼城内守军一万余人。八路军攻占邳州之后，随即大胆的向台儿庄南部地区迂回穿插。

聚集在台儿庄附近的十几万日军，一方面抵抗着北面八路军主力的猛烈进攻，早已经力不从心，如今后方又遭到了八路军的威胁，立刻陷入了更加危险的境地。

岗村宁次得到消息之后，气的暴跳如雷，本来按照他的计划，完全可以将八路军阻击在徐州附近，然而东西两路的八路军进展实在太快，或者说两翼的日军败的实在太快了。如今在台儿庄附近的日军主力已经非常危险了。

一旦日军主力在台儿庄附近被八路军全歼，不但徐州不保，恐怕整个苏北和皖北地区都将不保，意识到了危险之后，岗村宁次只能下令台儿庄前线部队，放弃台儿庄，逐渐撤回徐州，固守徐州。

然而这一次岗村宁次还是低估了八路军的实力，同时低估了李国韬的魄力。日军刚刚开始撤退，装甲师和骑兵师就成功突破了阻击的日军防线，迂回到了台儿庄西南部地区，正好与撤退的日军主力遭遇。

双方随即爆发了一场激烈的混战，小鬼子一心想着尽快撤回徐州，根本无心恋战。而与此同时，第七兵团主力趁着日军开始撤退之机，发动了更为猛烈的进攻，再付出了一定的伤亡代价之后，终于成功的突破了日军台儿庄防线。

李国韬接到消息之后，随即命令五个师的兵力直接南下，追击撤退的日军，与装甲师和两个骑兵师配合，击溃日军主力。其余部队负责尽快清除台儿庄附近日军残敌。

台儿庄的日军主力本来都是从华北地区撤下来的残兵败将，士气全无，战斗力已经下降到了极点。在八路军主力的猛烈追击下，和装甲师骑兵师的拼死拦截之下，日军最终被彻底击溃。

十几万日军主力先后被歼灭近十万人，最后只有几万残兵败将成功逃回了徐州。经此一战，徐州日军元气大伤。

西线战场，八路军也是进展顺利，趁机收复了砀山，随后沿着陇海铁路继续向徐州方向挺进。

至此徐州日军只剩下大约十万人，被迫龟缩于徐州城附近，日本大本营震怒，严令岗村宁次必须守住徐州，挡住八路军主力南下。