嗣后，敌我双方在罗店方面及吴淞方面进行了多次反复的争夺，战斗甚是激烈。往往日军白天攻占，晚上又为国民政府军队夺回来，双方伤亡重大。由于主客观各方面的原因，国民政府军队终未能挽回战局。至9月17日，全线撤守北站——江湾——庙行——朝王庙——罗店西南——双草墩之线。淞沪会战的第一阶段至此告一段落。我扫荡上海敌军之计划，乃告失败。
蒋介石在淞沪会战刚开始不久于8月18日在南京发表了一个题为《敌人战略政略的实况和我军抗战获胜的要道》的讲话，明确提出：“我们为痛惩侵略者的野心，为确保国家的生存，为争取民族的自由，这一次决心要发动全国一致的抗战，要与倭寇拼战到底，直到我们获得最后胜利为止！我全体抗战将士，对于倭寇之不断欺侮压迫，久已义愤填膺，悲怀欲裂，要求与敌拼个死活。现在大计既决，杀敌报国、雪耻复兴的时机已经到来。在这一次战争当中，大家一定要万众一心，团结一致，坚毅沉着，忠勇奋发，发挥我们革命军至大无敌的威力，来消灭残暴野蛮的倭寇，以收复我已失的国土，救出我被难的同胞，洗刷我重重的国耻！”同时发行了蒋介石编撰的《抗敌战术汇录》。
9月1日，蒋介石在铁道部出席最高国防会议上发表了题为《最近军事与外交》的讲话，他说：“我们政府对于日本的侵略政策，是始终要打破他，以后他只有和我们作战，只有拿出实力来消耗，他在山东，将来必用兵，现在他在青岛如不惹事，我们也不必打他，上海他打不下，对浙江他必用兵，但我们不怕他扩大战事，我们已决心准备与他抗战到底。”
从第一阶段的会战经过来看，蒋介石一直密切关注着淞沪前线国民政府军队的进展状况，并不时地给予电令指示。为更迅速、更明确地掌握前线军队的动态，蒋介石曾在9月1日给罗卓英发了一封急电：“查各部对于前线状况及报告，每因辗转呈达，不免延误时机。大本营为迅速明了我军位置与敌情，以资适切策定作战指导方案起见，特分遣联络参谋业于第一线部队，以协助各该部之参谋业务，并直接与大本营联络。希督促各该联络参谋，确实达成其任务。各该部尤须严密迅速具报前方战况为要。”
在随时掌握前线战况的情况下，蒋介石不时地根据战役的发展变化，亲自电令调整部队序列。淞沪作战开始时，原以素有能打硬仗著称的军事委员会副委员长冯玉祥为淞沪战区司令官。但冯在淞沪战场只有王修身、冯兴贤两个师属于旧西北军部队，其余参战部队均和冯无历史关系，故冯到上海指挥失灵。8月15日，淞沪会战一打响，蒋介石就密电何应钦（军政部长），亲自进行调兵遣将：“（1）第三十六师归张司令官指挥，下车地点由张司令官指定，径令遵照，但希望仍控置之。（2）第十八军应一师开苏州附近，担任吴福阵地线，工事加强，尤应尽先加强道路附近工事，并对敌戒备。以一师分驻南京、镇江，以一师分驻滁州、浦口。仰即遵照具报为要。”18日，蒋介石密电程潜（军委会参谋本部参谋总长），任命陈诚为第三战区前敌总指挥。27日，蒋介石密电冯玉祥、顾祝同（第三战区副司令长官）、陈诚：“（1）第一一一师着归第三战区指挥。（2）该师应于海门、南通等处严加守备，绝对阻止敌之登陆。主力驻南通，于启东派必要之一部。如敌来犯，虽战至一兵一卒，不许撤退。除分令外，特电遵照。”同日，蒋介石又密电冯玉祥：“按现在情况，第三战区各分区部队区分，应重新调整：于浙江方面区分为浙东区、杭州湾北岸区，江苏方面区分为淞沪区、江防区。请始令规定，以一指挥事权等情。现已增加之第五十一师、第五十八师、第六师，皆归第三战区指挥，着由该司令长官酌即变更，呈报备案可也。”9月13日，蒋介石密电何应钦，调派部队援沪：“（1）已令第四军吴奇伟（59D、90D）部迅开武昌，分由轮船、铁路（平汉转陇海、津浦），迅速到苏州集结待命。（2）已电令叶肇军以二师开南翔附近，归顾副司令长官指挥，余一旅在常熟附近警戒江防。除分令俞部长外，希转令准备船只。”18日，蒋介石密电程潜、何应钦等，继续调派部队增援杭州与南京的防务：“（1）第九师酌留一部等候第三十四师接防，其余即由湘赣、浙赣路输送杭州待命。（2）第三师即向江山集中，候车运输。（3）第六十四师即日运送南京集中候命。以上各师所抽补充兵，准予拨还。（4）第四十三师、郭军长所属二十六师及独立第三十四旅，调南京集中待命。（5）第三十四师着接替粤汉路第二十六、第九两师防务。以上各项，除分令外，希各查照。”
至9月21日，蒋介石密电冯玉祥、顾祝同、张治中、陈诚、张发奎等，亲自将淞沪前线的部队作了重新调整和部署，构成了新的战斗序列：司令长官蒋介石兼，副司令长官顾祝同，右翼军总司令张发奎，下辖第八集团军（总司令张发奎）、第十集团军（总司令刘建绪）；黄浦江以西蕴藻浜以南地区划为中央军，总司令朱绍良，下辖第九集团军（总司令朱绍良）、第二十一集团军（总司令廖磊）；左翼军总司令陈诚，下辖第十九集团军（总司令薛岳）、第十五集团军（总司令罗卓英）和直辖部队九个师。
由此可见，在第一阶段蒋介石虽还不是本战区总司令，但已在直接指挥战斗。而第一阶段攻势的失败，也正与蒋介石军事部署的失误有着很大关系。淞沪战役开始时，蒋介石仅部署张治中第九集团军三个师，加上夏楚中的第九十八师，与日军在市区进行争夺，沿江仅部署刘和鼎杂牌军和地方保安队，战斗力极弱，因而日军得以在兵舰、炮火的掩护下，于22日晚在狮子林、川沙和吴淞等处登陆。国民政府军队很快由攻势转为守势，虽然广大官兵英勇作战，奋力抗击，终未能扭转战局。于是，淞沪会战进入了第二阶段的阵地战。
第二阶段，国民政府军队的防御阶段（9月18日至11月9日）。
会战进入第二阶段后，中日双方军事指挥官都调整了部署。日本不断从国内和台湾增派军队在上海登陆，另外又从华北调来十个后备步兵大队及伪满军。国民党军队除开战初期即投入战场的蒋军嫡系张治中、陈诚等部外，又陆续调来粤军薛岳、余汉谋部和湘军何键部、桂军李宗仁部、川军杨森部及东北军、西北军、豫军、浙军、闽军、鄂军及收编的湘军、黔军、北洋军等部约计七十余万人，布阵于西起江阴要塞，经福山、白茆口、浏河、双草墩、施相公庙、广福、阵行、顾家宅、夹蕴藻浜南北岸经庙行、江湾、北站、闸北、浦东、乍浦至杭州湾之线。【52】
何应钦在国民党临时全国代表大会的军事报告中，对第二阶段的会战情况作了如下叙述：“九月中旬，已到淞沪之敌军，所有第一、第三、第十一师团及第六、第八、第十六师团之各一部，共约十万人，炮大小三百余门，战车二百余辆，飞机二百余架，与我第九、第十五、第十九三个集团军对峙于北站、刘行、施相公庙、浏河之线，展开激烈之阵地战，至廿九日，我七十七师万桥阵地被突破，始撤至蕴藻浜南岸。自十月七日至廿二日，敌之第三师团、第九师团主力，企图由蕴藻浜攻取大场、南翔，与我激战至烈，其间我曾以桂军四师及第六十六军第九十八师转移攻势，拟图恢复阵地，但因当时适遭遇敌人主力向我进攻，致未能收效，至二十二日退守大场、走马塘，而立脚未稳，二十五日又被突破，二十六日全线撤守苏州河。敌为根本瓦解我淞沪阵地，以其第六师团、第十八师团于十一月五日由全公亭金山咀登陆，斯时虽令第六十二师、第四十五独立旅，由浦东向该敌前进攻击，因行动迟缓，不能如期实施，松江、枫泾于十一月九日同时被陷，我苏州河南岸部队侧背感受威胁，不得已全线总退却。”
会战期间，前线将领顾祝同、陈诚等频频致电蒋介石，报告日军的企图、动态，国民政府军队的作战部署，及双方的激战和伤亡情况。从电文中可看出，这是一场激烈的生死争夺战。
在这一阶段，因中国空军初期作战消耗过大，兼之补充困难，制空权已尽落敌手。9月中下旬，日军在炮军、空军的协助下，陆续在上海登陆。9月28日，顾祝同致电何应钦告知：“本日情况：（1）中央军方面：①本日拂晓，敌以步兵九百余，向我卅六师八字桥、复旦大学一带阵地攻击，经我军痛击，敌不支溃退，遗弃敌尸数具。②本日上午十时左右，有敌机两架在南翔车站上空侦察，适我税警团一部到达该地，敌机遂以机枪扫射，并投弹数枚，经我军用机枪及小加农炮击退。（2）左翼军方面：①本日上午敌以坦克车八九辆，掩护步兵攻击我刘行阵地，激战于公路附近。②我十六师当面之敌，自昨晨之来，不断以坦克车、飞机掩护步兵向我攻击，激战竟日，昨晚八时起复向我猛烈进攻，经我军奋勇击退。截至今晨8时止，犹不时接触，并以炮兵断续向我轰击。③感晨约两联队之敌，向我第四军公路两侧陶家宅、郭家宅及彭师金家宅、南朱宅阵地猛攻，经我官兵奋勇迎战，将其击退。吴、徐两团长负伤，士兵伤亡三百余，敌亦伤亡甚重。”
至10月上旬，日军上海派遣军司令官松井石根将其在国内的近二十万大军调到上海后，为早日拿下上海，即采取中央突破的战术，沿沪太公路南下，向蕴藻浜进犯。蕴藻浜的守与失，关系上海几十万守军的命运。为此，双方在此地进行了十几天的激烈争夺。10月11日，顾祝同密电蒋介石，报告战况说：“蕴藻浜南岸严湾、江家宅附近之敌，连日与我激战，终未得逞，本日仍在相持中。”24日，顾祝同致电何应钦告知：“连日敌倾陆空全力向我蕴藻浜南岸阵地猛扑，我军奋勇攻击，战况激烈。郭汝栋部仅剩团长二、战斗兵百余名。韦云淞军伤亡旅长四、团长十员，损失奇重。”这一天，国民政府军队逐次撤退至大场、走马塘之线固定。26日，顾祝同又致电何应钦说：“（1）昨夜我中左两翼军联合与大场以西之敌激战甚烈，卒因伤亡太重，未能恢复走马塘原阵地。（2）今晨敌集中机炮火向我轰击，继以战车卅余辆掩护步兵，向我大场西南八十七师阵地猛冲，被其突破，其步兵被我截击，激战甚烈，其战车突至大场南侧地区，与我卅六师之一旅，在浦宅、杨家本桥附近激战，至午后，敌战车沿公路分向彭浦入国际无线电台两方进扰，战况激烈，各部队仍尽力支持中。”这一天，大场也陷敌手，沪宁铁路被切断。
在国民政府军撤至大场一带时，“我军已成强弩之末，亟待后撤。然委员长意气用事，严申命令，有敢擅自撤退的，军法从事”。【53】10月29日，蒋介石亲赴淞沪前线，由苏州乘火车到了南翔附近，同来的有白崇禧、顾祝同等人，随即召集第三战区师长以上的军事会议。开始半小时，蒋介石听取了几个高级指挥官的战况报告，接着蒋介石做了长篇讲话。首先，他概括了“八一三”以来敌我双方作战的经过和国际的一些反应，并对前线官兵的英勇作战作了一些表扬和鼓励。他说：“上海的战事，自开始迄今，将近三月，各位统率所部，努力抵抗，不惜以壮烈的牺牲，给倭寇以绝大的打击，此种为主义为国家拼死抗战的精神，已经充分地表现出来了！一般外人看见中国军队装备欠缺，武器不良，以为一旦对日作战，必不能抵御侵略。这一回我们淞沪各军经两月半的抗战，左翼仍能维持原有阵地，右翼阵地亦按计划只作战略上的移动，这种奋勇超绝的战绩表现出来，无论中外人士，对于中国军队，不仅改变了从来轻视的心理，而且都不能不表示非常的赞叹和钦佩。英美各报且赞扬我军队已因沪战之英勇，与此次有秩序之转移阵地，安全退却，证明中国军队已建立其国军基础于从来所未有的历史之上云。两个半月以来，我们虽然没有得到大的胜仗，但在我们预定的消耗战和持久战的策略之下，已使敌人受到意外大的打击，在精神上我们实在已打败了举世共弃的倭寇！”
次日，蒋介石在苏州昆山公园对左翼军各将领说：“我们以后只有继续的牺牲，以完成未竟的工作，对过去已建立的成绩，不但不能随便毁弃，而且应该保持并发扬光大，我们只有坚决地不惜牺牲，继续拼战，我们也只有加紧的努力，持久的奋斗才能达到最后的成功。”
其次，他向与会高级将领提出了今后作战应注意的六个要点，即：第一，要严密纵深配备，强固阵地工事；第二，各级官长应身先士卒，与部属共患难同生死；第三，对于部队经理卫生应注意改良；第四，对于伤兵管理与死伤抚恤应设法改进；第五，应绝对服从命令，并应尽心研究，务求贯彻；第六，要不怕阵地毁灭，不怕牺牲一切，时时须存最后必胜之心，时时须作转败为胜之计，要以精神胜过物质，坚持到底，至死不屈，使敌人虽胜亦败，则我军最后必胜。最后，他把希望寄托于国际出面干涉日本的侵略行为。他说：“现在各国之同情我们，赞助我们，这就是我们官兵两月半以来抗战牺牲的结果。目前九国公约会议即将召开，倭寇显已成为举世所共弃的国家了！如果我们再能坚持三四个月，则我们军民的精神愈益发扬，我们国家的地位愈益提高，国际对我们的同情愈益深切，而倭寇武力的破绽和其野蛮残酷的暴行愈益表露于世，则国际形势的转变，将更不利于敌人！”
11月初，日军在金山卫登陆，上海国民政府守军已处于腹背受敌的形势之下，在此危急时刻，蒋介石又撤销中央军指挥机构。派朱绍良去兰州组织第八战区，由右翼军张发奎代为指挥。张发奎临危受命，既不熟悉中央军情况，又在敌情如此紧急形势下，难免措置失当，造成部队混乱。而日军又连续发动攻势，国民政府军队实在无法支持。“白崇禧因常在前线视察，深知敌我战斗力的悬殊，乃于十一月初建议委员长下令后撤，蒋介石坚持不允，前线官兵又苦撑两三日，实在疲惫不堪，白崇禧再度献言撤退，蒋仍不允。全线又支持一两日，时我军阵容已乱，白氏知事急，乃向委员长报说，前线指挥官已无法掌握部队，委员长不叫撤退也不行了，因为事实上前线已‘溃了’！”【54】
11月8日，第三战区总部颁布了转移命令。9日早晨，淞沪前线部队分两路撤退，一路向南京方面撤，一路向杭州方面撤。这一天，戴笠密电蒋介石说：“（1）敌自以重兵在金山卫、柘林等处登陆，直趋浦江上游后，浦东及沪西我军侧背受敌。浦东我六十二师等部一再围击无效，自齐日起浦东遂陷于极混乱之状态中。居民急先逃避。现南汇以北仅有我别动队一部分散伏活动及少数之保卫团警察驻留，至正规军队，均已撤退。（2）浏河至江桥镇之线，敌团积极南攻，日来无激战。惟江桥正面之敌，于今日拂晓藉飞机战车之掩护猛烈冲击。我军因敌炮火猛烈，无法增援。并因右翼之北新泾、姚家宅一带守军奉命撤退，致江桥以东各据点遂亦沦陷。但截止今日十六时止，江桥镇仍在我军手中。（3）沿苏州河线，我军因受金山卫登陆之敌威胁，齐晚十二时奉命向青浦撤退。又：江桥镇至钱家弄一线，我一0五师亦有后撤准备，今晨8时，敌先头部队已沿中山路进至虹桥路之杨家楼。午间并有敌千余进抵徐家汇。傍晚枫林桥附近我发现敌踪。现沪青、沪松路均不能通行。京沪、沪杭交通均已断绝。”
当时九国公约会议正在比利时首都布鲁塞尔召开，蒋介石命令部队从淞沪前线向东西两路撤退后，于11月11日给九国公约会议致电说：“中国军队自上海撤退，乃战略关系，且为长期抗战之计，中国主权若一日受威胁，则中国军队即当赓续抗战一日。”又说：“吾人为长期抗战起见，已将军队自上海租界毗连区域撤退，此乃战略上必要之举，吾国政府与国民务当抗战到底，咸已具有决心，暴敌实无以动摇之。至以九国公约而论，吾人无论如何必当信守不渝，而对各签字国觅获公平解决方案之努力，我深信其不致掷诸虚牝也。”
11月12日，日军占领上海，历时三个月的上海抗战结束。这次会战虽然没有如蒋介石所愿，能引起国际对日本侵华的干涉，但它毕竟有一定的积极意义。首先，它张扬了国威，粉碎了日军由华北长驱直下武汉，三个月灭亡中国的阴谋，“使国际观感一新”。其次，它争取了三个月的时间，使得长江下游的工厂和物资有了内迁的时间，这为长期抗战提供了一定的物质基础。第三，它消灭了日军有生力量，据日本陆军省于11月初宣布，自“八一三”至10月底，日军在上海战场上死伤达四万多人；并且使在华日军不能任意行动。日军从华北抽调了两个半师团增援上海作战，造成了中国军队在华北的有利形势，尤其使山西有了准备的时间。第四，它体现了中国人民拼死抗战的决心和精神。在战斗中，将士们打得十分勇敢，每小时的死伤数以千计，牺牲的壮烈，在中华民族抵抗外侮的历史上，鲜有前例。国民政府军队官兵在武器装备严重不如人的情况下，仍顽强地和日军争夺一村一镇，并常常为一个阵地进行反复较量，白天日军攻占，晚上国民政府军队又把它夺回来，双方的伤亡都很大。在此次会战中，国民政府军队主力各师都补充了四五次，后方各省的保安团整团整团地补充上去，原有下级军官和士兵伤亡达三分之二，旅团长伤亡也达半数。
再看南京保卫战。
上海失守后，首都南京的防守问题便成了当务之急。11月16日，第三战区重新制定了作战计划，其指导要领是：“（1）京沪线方面，务以最小限之兵力，利用吴福线工事，阻止该方面之敌，不得已时，转进于锡澄、宜（宜兴）武（武进）等阵地，节节抗战。（2）由京沪线抽调约两个师（除第七军），经宜兴、长兴进出吴兴，归张发奎指挥，同时以炮兵大部转用于沪杭方面，另抽较次之三至五个师，回任首都之巩卫，并预先构筑工事。（3）沪杭线方面，应扼守崇德、石湾、南浔线及临平、吴兴线，最后应以刘建绪所部（第十集团军）退守杭州附近，第七军之徐、程两师，退守长兴附近，待川军到达后，一齐转移攻势。（4）续到之川军六个师，车运者，由南京用汽车输送至广德附近。船运者，由芜湖、宣城，再用汽车输送至宁国附近集中，置重点于广德方面，攻击沪杭方面之敌。（5）京沪方面不堪作战之部队及可抽出之资材，应即运后方。”【55】
11月18日至20日，蒋介石连续密电顾祝同，令其严密防守阵地，阻止跟踪之敌。19日，蒋介石在南京国防最高会议上发表了题为《国府迁渝与抗战前途》的讲话，一方面说明三个多月以来我国抗战前方将士勇气日增，全国同胞感动奋发，暴敌日寇今始知中国力量之不可侮，且已造成国际新形势，促成国际对抗侵略的联合阵线；另一方面说明国民政府为什么迁移重庆，特别指出：“切不可因为距离战场辽远了，而精神意志怠下来，无形中造成如南宋时代苟安的局面。”21日，蒋介石密电刘湘、唐生智、顾祝同、陈诚等前线将领说：“查第三战区现在阵线，右翼临平、吴平之线，为国军主力之后方，左翼锡澄之线，为我首都及长江之屏障，有良好地形，坚固阵地，可资扼守。此两方如辅车之相依，苟缺其一，均足倾陷我军整个之阵线，关系重大，莫过如此。我前方将士浴血抗战，三月以来，挫敌凶锋，中外莫不称道。此次阵线转移，系由杭州湾方面影响为战略之运用。近来敌倾其海陆空军之最大力量，在兵力、经济、物资各方面，无不超过其预定计划，仍不能有多大进展，则其再衰三竭，其当不远。务望我忠勇将士，各奋神威，继续努力，无论如何困难，必须确保现有阵地，及适时予敌以打击，则最后胜利必属于我。国家兴亡，诸将士实有肩其任也。”
然而，国民政府部队在这次撤退中，未能如蒋介石所愿，节节防守、抵抗。相反，自一开始撤退，便出现了混乱，以至溃不成军。11月9日，淞沪之中央兵团奉命向青浦白鹤港之线转移，以利用既设国防工事阻止敌人前进。但因当时联络困难，下达命令较迟，各部准备不周，撤退秩序较为混乱，青浦白鹤港之线很快于11日失守。于是左翼兵团不得不与中央兵团同时向吴福线之既设阵地撤退。日军在飞机、炮火的协助攻击下，紧紧跟踪追击撤退中的国民政府军队。吴福线（苏州至福山）和锡澄线（无锡至江阴）这两道原有国防工事阵地在大兵团仓促后退的时候，其兵站、交通和通讯人员都失去了联络，没有阵地与工事图可参考，也无人指示，无锁匙开门。这两条国防阵线根本就无法也来不及利用。“三百几十个机关枪阵地，能用的还不到三分之一。”【56】李宗仁在回忆中说：“各军仓皇后撤，加以敌机日夜轰炸，人马践踏，秩序大乱。大军数十万竟超过钢筋水泥所建的苏嘉国防线阵地而不能停足。阵地上虽有坚固的堡垒，退兵因一时找不到钥匙，不得其门而入，竟一一放弃，溃退之惨，一言难尽。”邹作华自常州给蒋介石的密电中也说：“此次转进，我步兵各部因苦战多日，殊为纷乱，军心不固，能否确实占领既设阵地，殊难逆料。”19日，日军攻占常熟，吴福线因此难以防守，遂放弃向锡澄线转进。24日，日军迫至无锡附近，26日锡澄线又告不守。京沪线各军为将来作战有力，乃以一部沿京沪线向常州，主力沿浙皖赣边境退却。江阴要塞由11月27日至12月1日与敌激战五日之久，亦因援绝被陷，该处守军突围向镇江方面转进。
沪杭路之日军，自11月19日占领嘉兴后，沿太湖南侧长驱直入，26日夺取吴兴，斯时蒋介石曾令广德、泗安之守军予以侧击。蒋介石在11月25日发给顾祝同等将领的密电中说：“命令：（1）吴兴方面之敌，约一旅团，连日以来，与我第七军对战中。（2）长兴之一四四师郭勋祺部及泗安之一四八师陈万仞部，归唐军长式遵指挥，迅速协同第七军攻击该方面之敌。以上各部队，在刘司令长官未到以前，归陈总司令指挥。（3）刘建绪部抽调有力之一部，位置于洛舍镇、埭溪镇之线，对吴兴方面警戒，但原阵不得移动。”由于部队行动较迟，此计划未能实施。此后日军即以一部向泗安、广德、宣城、芜湖西犯，主力由郎溪会攻南京。
至此，日军由东、西两面进迫京畿，将南京合围。南京保卫战即从11月26日开始。【57】
为保卫南京，蒋介石在1937年11月中旬，连续召开了三次高级幕僚会议，共同商议如何守卫南京，参加的有何应钦、白崇禧、徐永昌、刘斐、唐生智、谷正伦等。与会者认为：第一，南京在长江湾曲部内，地形上背水，从水上可由江面用海军封锁和炮击南京，从陆上也可由芜湖截断我后方交通线，然后以海陆空协同攻击，则南京将处于立体包围的形势，守是守不住的。第二，南京是首都，又是孙中山的陵墓所在，是国际观瞻所系，不能不守。第三，如何防守？有两种意见，一是主张只用象征性的防守，作适当抵抗之后就主动地撤退；一是主张死守，“如果放弃，将何以对总理在天之灵”。第四，由谁来负责守卫南京？起初会议上没有一个人作声，最后唐生智打破了一时的沉寂，对蒋介石坚决地说：“委员长，若没有别人负责，我愿意勉为其难。我一定坚决死守，与南京城共存亡！”蒋介石马上说：“很好，就由孟萧负责。”
1937年11月19日，蒋介石以手令特派唐生智为南京卫戍司令长官，罗卓英、刘兴为副司令长官。唐生智负责守南京是怎么定下的呢？这固然与会上唐生智主张死守的态度有关，但事前蒋介石找过唐生智，说：“关于守南京的问题，要就是我留下，要就是你留下。”很显然，这是逼唐生智表态。唐马上回答说：“你怎么能够留下呢？与其是你，不如是我吧。”唐生智抱着“临危不乱，临难不苟”的态度，承担了指挥南京保卫战的重任。唐生智决定的南京城防计划是：“（1）利用雨花台、天堡城、红山及幕府山已完成的骨干工事编核心的阵地。（2）命要塞用全力掩护长江的封锁线，并协同核心的守备队战斗。（3）各守备部队须作物资及械弹上准备，都要有独立作战的能力。”【58】11月25日，蒋介石密电唐生智，亲自颁定首都卫戍部队的战斗序列如下：“（1）司令长官唐生智。（2）第七十二军孙元良部。（3）第七十八军宋希濂部。（4）首都警备军谷正伦部，（甲）桂总队（教导总队），（乙）宪兵部队。（5）其他特种部队之一部。”之后，蒋介石又电令增加了三个军，它们分别是七十四、六十六、八十三各军。这样，参加南京保卫战的军队前后共有十一万人。这些部队基本上属上海抗战后才到南京的，其补充整理大多尚未完毕。
本着以固守附廓据点及城垣之目的，第三战区策定了如下防御部署：“（1）以第八十八师（由孙元良兼任师长）任右地区雨花台及城南之守备。（2）以教导总队任中央地区紫金山及城垣东部之守备。（3）以第三十六师（由宋希濂兼任师长）任左地区江山、幕府山及地北之守备。（4）以宪兵部队任清凉山附近之守备。（5）以旅长指挥教导总队之一团及乌龙山要塞部队，警戒长江封锁线。”【59】另外，令各部队征集民夫，在各地区赶筑工事。
至于后来增加的三个军，主要配置在东南阵地，作为第一道防御线，其配备如下：“（1）第七十四军任牛首山至淳化镇附近之守备，并向秣陵关、湖熟镇派出前进部队。（2）第六十六军任淳化镇附近至凤牛山之守备，并向句容附近派有力之前进部队。（3）第八十三军任凤牛山附近经拜经台至龙潭之守备，向下蜀派出前进部队。”【60】唐生智为了表示破釜沉舟、背城一战的必死决心，要交通部长俞飞鹏把下关到浦口的渡轮撤退，以后又禁止任何部队和军人从下关渡江，并通知在浦口的部队，凡由南京向北岸渡江的任何部队或军人，都得制止，如有不听他们的制止者，可以开枪射击。
1937年12月初，日军以第六、第九、第十二师团及第五师团的第九旅团，分向南京进迫。12月4日，日军以主力沿京芜路，一部沿京杭路，各出现在秣陵关及句容附近，是晚两地均失守。日军因兵力劣势，对南京外围的主阵地一时不能作全盘攻击，于是在12月5日，以主力指向淳化镇，一部攻击汤山阵地。7日，各路日军在海、空军配合下，开始对南京全线合围攻击，国民政府军队奋勇还击，阵地屡失屡得。激战至8日，因汤山之左侧背受到日军的袭击，汤山失守，龙潭、淳化镇亦相继失陷。国民政府军队第一道防御阵地——南京东南正面阵地（江宁镇、牛首山、淳化镇、汤山、龙潭之线）的战斗乃告结束。
12月7日早晨，蒋介石离开南京飞往江西。蒋介石在国民政府已于11月20日正式宣布迁到重庆办公的情况下，仍迟迟不离开南京，这主要有两方面的原因：一是为了给国民政府军队官兵鼓气，以增强他们保卫南京的信心和勇气。12月4日晚，蒋介石曾到铁道部南京卫戍长官部所在地召集师长以上的高级将领开会，他鼓励大家说：“守南京可以牵制敌人兵力，而使其他部队得有喘息和整补的机会。”他还表示要亲率云南部队的三个师从皖南方面来解南京之围。直到离开南京的前夕，蒋介石还与宋美龄一道到唐生智家看望，对唐说：“孟萧兄，你身体还没有恢复，有劳你守南京，我很难过。”蒋介石迟迟不离开南京的另一个原因，是他想等德国驻华大使陶德曼来见，让德国在中日之间进行调停，以便争取一些时间把部队整顿充实一下。在南京时，蒋介石曾于12月2日上午与高级将领顾祝同、白崇禧、唐生智、徐永昌等讨论日本提出的条件。蒋表示：“（1）德之调停不应拒绝，如此尚不算是亡国条件；（2）华北政权要保存。”【61】下午，蒋介石会见陶德曼，蒋介石表示：“（1）可以将日本所提条件作为和平谈判的基础；（2）华北的主权完整和行政独立不得侵犯；（3）在和平谈判中自始即由德国任中介人，并不得涉及中国与第三国之间的协议。”【62】
正是在陶德曼进行调停的过程中，8日，日军开始进攻南京的附廓阵地（雨花台、紫金山、乌龙山、幕府山及南京城垣）。9日，日军攻光华门，日军飞机向城内投散日军司令官松井石根给唐生智的“投降劝告书”，限于12月10日正午答复，否则就开始攻城。【63】10日，日军开始大规模的攻城，雨花台、通济门、光华门、紫金山等地同时发生激烈的战斗。日军也不得不承认中国军队进行了“顽强抵抗”。当天，光华门曾两次被日军突破，但冲入城内之敌百余人，悉被歼灭。是夜，我一五六师选敢死队坠城，将潜伏在中山门城门洞内之少数敌军焚毙，并将盘踞通光营房之敌歼灭，光华门及通济门方面遂得转危为安。
11日，战况更为激烈。当日晚，唐生智接到了蒋介石的两封密电：如情势不能久持时，可相机撤退，以图整理，而期反攻。12日拂晓，日军以飞机炮兵同时猛烈攻击。至正午止，八十八师雨花台主阵地全被日军占领。当日午后5时，唐生智召集各高级将领会议，决定大部于12日晚11时后开始突围，一部渡江。此次撤退会议只开了二十分钟，由唐生智下达撤退命令：“保卫军决于本（12日）晚冲破当面之敌，向浙赣边区转移。”具体计划如下：“（1）七十四军由铁心桥、谷里村、陆郎桥以右地区突击，向祁门附近集结。（2）七十一军、七十二军，自飞机场东侧高桥门、淳化镇、溧水以右地区向敌突击，向黟县附近集结。（3）教导总队、六六军、一0三师、一一二师，自紫金山北麓麒麟门、土桥镇、天王寺以南地区向敌突击。教导总队向昌化附近集结。六六军向休宁附近集结。一0三师、一一二师向于潜附近集结。（4）八十三军于紫金山、麒麟门、土桥镇东北地区突击，向歙县附近集结。（5）第二军团应极力固守乌龙山要塞，掩护封锁线，于不得已时渡江，向六合集结。（6）三十六师、宪兵部队及直属诸队，依次渡江，先向花旗营、乌衣附近集结，但三十六师应掩护各部队渡江后，然后渡江（又最后口授命令要旨：87D、88D、74A、教导总队诸部队，如不能全部突围，有轮渡时可过江，向滁州集结）。”【64】
13日，突围部队除一部按照计划实施外，大队人马均沿中山路涌向下关，纷纷抢先渡江，秩序混乱达于极点。由于人数过多，除一部渡江及泅水而过者外，大部均壮烈牺牲。南京于是日失守。李宗仁在其回忆录中，对当时的撤退情形有这样一段描述：“撤退时毫无计划（计划当然是有的，12日的撤退会议只有二十分钟，长官部参谋长周以印好了的命令发给每人一份，问题是各部均不遵令突围），任由官兵乱窜，各自逃生。少数勇敢部队不知究竟，误认友军畏缩，擅自撤退，竟在城楼上架起机枪，扫射溃窜出城的友军，率至自相残杀，死伤枕藉，惨烈之至。”
唐生智等在13日急电钱大钧转呈蒋介石，向蒋禀报奉到真侍参、真戌侍参两电时的情况及以后的处置经过概要：“（1）光华门自佳至真，被敌突破三次，先赖教导总队支持，继赖一五六师苦战，歼敌获械，幸告无恙，而真午起雨花台方面，恶报频传，安德门、凤台门各要点均陷敌手。即令八十八师缩短阵地，七十四军、七十一军与之密切联系，飞调一五四师应援。讵文日八八师雨花台、八七师工兵学校、孩子吵，教导总队紫金山第三峰均告失陷，城内各地亦被敌之机弹炮弹轰炸。十四时，雨花台、中华门突入敌人三百余。八十七、八十八两师溃兵退至铁道部，为卫戍司令部特务队阻止，反被包围，比须急紧当严令调三十六师一团入城戒备，秩序暂定。申，中山门城垣被敌轰塌三处，紫金山东部火光四起。据报敌一部由采石矶渡江，进犯江浦乌龙山，江面发现敌舰三艘。徐军阵地亦被突破数处，已退守乌龙山附近，情势益急。十七时，召集各军长会议决定，分头突围，当晚实施（另呈电报），散会后返铁道部，交通阻隔，已不能入。原定偕宋军长渡江计划，不克实现。职等于是夜9时渡江，徒步至六合，本晨乘车抵滁。本部员兵五百余人，现已渡江会集者仅约百人，现在六合、乌衣等处分头收容中。”
蒋介石在南京失守的当天即12月13日，发表了《为我军退出南京宣言》。《宣言》说：“国军退出南京，绝不致影响我政府始终一贯抵抗日本侵略原定的国策，其惟一意义，实只加强全国一致继续抗战之决心。盖政府所在地既已他迁，南京在政治上军事上皆无重要性可言。予作战计划，本定于敌军炮火过烈，使我军作无谓牺牲过甚之时，将阵线向后转移：今已本此计划，令南京驻军退守其他阵地，继续抗战。”
日军占领南京后，17日举行入城式。这一天，蒋介石在武汉发表《我军退出南京告国民书》。文告说：“此次抗战，开始迄今，我前线将士，伤亡总数已达三十万以上，人民生命财产之损失，更不可以数计”，“最后决胜之中心，不但不在南京，抑且不在各大都市，而实寄于全国之乡村与广大强固之民心”。
在上海失守后的一个月，南京亦失陷敌手。综观这一个月的战斗，可得出如下几点看法：
（1）南京虽然被日军占领了，但日军并没有达到他们的战略目的，迫使国民政府签订“城下之盟”，因为当时国民政府已西迁重庆。同时，广大爱国官兵在南京保卫战中不怕牺牲、英勇抗战行动，再次打击了日军的嚣张气焰，体现了中华儿女不畏强暴、不甘屈服的精神和决心。
（2）在南京保卫战初期，蒋介石一直坐镇南京，虽然其中有等待国际调解、幻想和平解决的因素，但蒋介石作为抗战最高统帅，能亲临战场，这对广大官兵来说无疑是一种极大的鼓舞和安慰。同时也必须指出，由于蒋介石战略指挥的错误，他为了照顾政治影响，把十余万军队集中于日军立体包围的形势之下，直至战局无法挽回才下令撤退，这使国民政府军队遭受了无谓的重大牺牲。
（3）日军进城后进行了灭绝人性的大屠杀。据后来远东国际军事法庭对敌酋谷寿夫判决书调查证明：南京军民被日军射杀、活埋者十九万余人；被零星屠杀者，尸体经收埋的十五万具，总计惨死三十多万人。这一血淋淋的事实，震惊中外。
从南京失守到徐州失守这一阶段，在北战场有津浦路南北两段的战斗、台儿庄战斗和平汉沿线、晋南的战斗，在东战场有杭州及杭富附近和芜湖湾址附近的战斗。
在北战场上发生的战斗情况是这样的：
津浦路南北两段的战斗。京沪战事一结束，津浦线就成为日军攻击的次一目标，因日军在京沪线得手后，必定要打通津浦线以清除右侧面的威胁，然后才可西进。“我如果在津浦线将敌人拖住数月，使武汉后方有充分时间重新部署，则我们抗战还可以继续，与敌人作长期的纠缠，以待国际局势的转变，如我军在津浦线上抵抗迅速瓦解，则敌人一举可下武汉，囊括中原，使我方无喘息机会，则抗战前途便不堪设想了。”【65】当时，津浦路北段的仗是韩复榘指挥的，打得比较糟糕。南京失守后，日军渡江北进，北段日军企图与津浦路南段之敌相呼应，进占山东，打通津浦路。1937年12月23日，日军以一部在济阳、青城间渡河，与韩复榘的第三集团军第二十师激战，延安镇、归城镇相继失守，韩复榘于24日晚离开济南赴泰安，留第二十师固守济南。25日，日军进占周村，26、27两日分向淮县、博山进逼，27日晨济南失守，日军复由博山、莱芜抄袭泰安，韩部遂向大汶口、泗水、宁阳之线撤退。31日，泰安失守。1938年1月2日，韩复榘又放弃大汶口，5日济宁失守。李宗仁在回忆中说：“我于徐州得报后，即严令韩复榘循津浦线后撤，设险防守。无奈韩氏不听命令，竟率所部两军，舍弃津浦路，向鲁西撤退，且不向我报告，以致我方津浦路正面，大门洞开。”【66】当时，韩复榘将部队撤至运河西岸，仅以一部沿河扼守，主力退集于曹县、城武、单县等处。在这种军事态势下，1938年1月10日和11日两天，蒋介石在开封召开了第一和第五两个战区团长以上的军事会议，研究新的战略任务。蒋介石在会上明确提出：“我军的战略是什么呢？简单明了地讲起来，就是东面我们要保持津浦路，北面要保持道清路，来巩固武汉核心的基础。大家知道，自从上海南京失守，我们惟一的政治外交经济的中心，就在武汉。武汉决不容再失了，我们要维持国家的命脉，就一定要死守武汉，巩固武汉。但是我们要巩固武汉，就要东守津浦，北守道清。如果津浦道清两路失守，武汉就失了屏障；屏障失了，武汉就受威胁！所以津浦道清两路，我们无论如何要抵死固守，决不容敌人进犯。”如何才能够巩固这两条道路呢？蒋介石又指出：“一定不好呆守不动，坐以待敌。必须积极动作，对威胁我们的敌人，争取攻势，必须严密监视敌人，时刻保持主动地位，来攻击敌人；尤须尽心研究，想出各种有效的方法，准备各种可能的制敌的方案，千方百计，来打击敌人！特别是在精神上，要设法鼓励士气，加强攻敌的决心，或从正面冒死突进，或由侧面绕道截击，或迂回包抄围攻歼灭，或纵兵深入断敌归路。因为我们部队多，兵力大，就可以四面八方，同时发挥我们主动的攻击精神，配合各种有效的战术，先发制人，攻守自如，陷敌人于被动，使他顾此失彼，应付不暇。如此我们才能够固守，才能够藉津浦道清两路，来屏障武汉。武汉重心不致动摇，国家民族才有保障，这就是我们的战略。”为了完成这个战略任务，蒋介石在会上作长篇讲话。首先，蒋介石一再痛骂他的将领无能，而且有所指地斥责了韩复榘的军事行动。他说：“我们这几个月战场上的挫失，并不是倭寇的军队怎么多，实力怎么强，也不是我们一般下级官兵不勇敢，不牺牲；而是由于我们一般高级将领在平时缺乏研究，没有实学长技拿来教育部下；到了战时，对于一切战术战略，又不能根据基本典范纲领和战阵实际情况，随时随地研究改进，以致指挥失当，虽有很多部队，也不能发相当效力，所以要被敌人打败！”又说：“现在我们丧失了这许多生命财产，并不是敌人已经支付了绝大的代价，硬打进来的，而是我们高级将领中还有观望不前，图保实力，不努力，不合作，所以敌人才敢进来！”蒋介石还以津浦路北段的战况为例斥责说：“敌人由济南攻下泰安的部队，不足一师人，而且不是正式军队。他们如此脆弱的部队，居然向南深犯，这完全是我们等敌人到了就退，既不攻击，也不死守的缘故。”“就是我们高级将领中间，怀着一种保存实力的卑鄙心理，不顾国家的存亡，不顾民族的生死，就是望风退却，带了部队步步后撤。”说到这里，蒋介石大声疾呼：“当此国家民族生死存亡关头，我们如再不铲除这种保存实力的落后思想，洗刷这种卑劣无耻的亡国心理，还要拥兵自卫，就一定要踏着东四省伪军的覆辙，要被敌人压迫来毁灭我们祖宗的庐墓，残杀我们自己的同胞，绝灭我们子孙的生命。真是生无立足之地，死无葬身之所，比奴隶牛马还不如！”接着，蒋介石列举了国民党军队在抗战的十二个弱点或缺点，并对各个将领说：“回防以后，就要剀切详尽的转告一般部属，上下一心，力图改进，为今后抗战树立一个转败为胜转弱为强牢固不拔的基础。”如何改正这些弱点或缺点呢？蒋介石不厌其烦地讲了四条所谓“必要的条件”，“总之，我们要履行一种教育来改进部队一切缺点，发扬革命军至高无上的威力。一切的一切，都是要由我们高级将领实心实力，脚踏实地，事事以身作则来训练部下，而一切训练一切教育的基本要点，就是要使全军官兵严守纪律爱护人民，要使全军官兵研究学术，精练技能，要使全军官兵同仇敌忾，发扬他攻击的精神！”蒋介石谈了部队的抗战教育和各种训练，并提出了在战术最注重的一点，“就是别动战与其他正规战一定要配合起来”，“如果只有别动战而没有主力战阵地战等正规战，或者只有正规战而不注重别动战，都不能尽量抓住一切机会，来击破敌人，消灭敌人，使长期抗战得到有利的进展”。最后，蒋介石当众宣布了《作战惩罚办法》十条和《作战奖励办法》十条，并说：“这一个办法颁布以后，各位就要转告部下一般官兵，使他们个个都能透彻了解，大家从此格外惕厉奋发，努力抗战。凡因忠勇战斗而牺牲的，本委员长一定本着至中至正大公无私的精神，转请政府，尽量补充从优奖励。哪一个部队作战有功，牺牲最大，就要尽先补充他这一个部队；不仅尽先充分补充，而且要格外嘉奖他这一个部队，使他在中华民族抗战史上占着最光荣的一页，为世代子孙立上个永垂不朽的规范！”就在11日这一天，蒋介石下令逮捕了韩复榘。这一天下午，蒋介石在归德行辕召集程潜、李宗仁、白崇禧等人谈话，主张要严办韩复榘。拖了近半个月，在24日，蒋介石命令看守韩复榘的特务人员将韩复榘枪毙在软禁他的武昌的一座楼房内。杀韩一事起因深远，但在当时来说，“确使抗战阵营中精神为之一振”【67】，“这一严厉处分振奋了士气和民心”【68】。
在开封军事会议之后，改任孙桐萱为第三集团总司令，并将津浦线划为一个战区，由李宗仁统管。1938年2月10日，李宗仁为确保徐海之安全，乃令孙桐萱部推进至运河西岸，袭取济宁、汶上以为据点。“该集团军自韩氏伏法，士气振奋，即以一部确实占领孟灵山、李家宅、安兴集之线，以第八十一师直取汶上，第二十二师进攻济宁，第二十师在钜野独山集附近为预备队，十二日起，各部开始攻击，激战数日，敌我短兵相接，肉搏巷战，非常壮烈，歼敌甚多。嗣以火力悬殊，及敌军之大部增援，我伤亡奇重，乃于二月二十五日撤至相里集、羊山集、钜野之线占领阵地，并以一部对津浦线南下之敌施行侧击。”【69】当时，津浦路南段的战斗打得还不错。日军自占领南京后，继续向江北推进，以图打通津浦线，连贯南北两战场。1938年1月以来，与国民党军队在张八岭、岱山铺、株龙桥、藕塘一带对峙。日军屡次增兵，“在津浦路正面的敌军即有三师。总兵额当为我三十一军的数倍，敌军原意，显然是以旅次行军方式，直趋蚌埠。孰料行抵明光以南，即为我军所堵截。血战逾月，双方打成平手，敌军竟不能越雷池一步，大出敌军指挥官意料之外”【70】。待日军主力被吸入明光一带时，国民党守军主动西撤，将津浦路正面让开，日军猛扑明光，连下定远、怀远、蚌埠，然为国民党军阻于淮河南岸。“淮河北岸西三十里铺等处，敌我激战正烈，各守军往复冲锋不下数十次，我空军亦飞往助战，猛烈轰炸津浦沿线之敌，迄三月六日，我以廖集团一部向定远反攻，并以增援张自忠军接替于学忠部淮河北岸各阵地之守备，敌虽数次猛攻，迄未得逞，旋以张军奉命北调临沂，淮河北岸仍由于军固守，并以韦云淞军固守炉桥洛河艺线，周祖晃军在老人仓向池河镇、定远积极反攻，并到处发动大规模之游击战，因之被我吸引牵制，大受打击，虽曾进出淮河北岸，仍不能前进，其大部撤回南岸，形成对峙态势。”【71】在津浦路南北两段激战的时候，1938年1月中旬，蒋介石考虑到自抗战以来地方行政机构未能切实配合军事上的要求，影响作战甚大，于是就主张以战区司令长官兼辖区内的省主席，随即命令程潜兼河南省主席，李宗仁兼安徽省主席。1月底，蒋介石又用三天时间召开了参谋会议，专门研究战术问题。29日，蒋介石专门作了一个题为《抗倭战术之研究与改进部队之要务》的报告。
在津浦路南北两段战斗之后，紧接着发生了以台儿庄战斗为中心的徐州会战。日军在津浦路南段遭国民政府军阻截后，就在北段鲁南方面，以第五师团板垣部和第十师团矶谷部，附有力之骑炮兵及机械化兵，于1938年3月15日起，分由兖州、临沂南犯，企图会师台儿庄，策应津浦路南段日军攻势，最后会攻徐州。
在临沂方面，张自忠“三月十二日到达临沂附近，与庞军协力反攻，歼敌甚众，敌第五师团之两个联队几全被消灭，残敌于十七日夜向北溃退，我庞张两军跟踪追击”。17日，蒋介石密电李宗仁、庞炳勋、张自忠，对临沂的胜利表示欣慰，并鼓励他们说：“临沂捷报频传，殊堪嘉慰。仍希督励所部确切协同包围敌人于战场附近而歼灭之。如敌脱逸须跟踪猛追，开作战以来之歼敌新纪录，藉振国军之气势，有厚望焉。”
20日，日军增援反攻。23日，庞炳勋急电蒋介石：“敌自攻击以来，陆续增加，现至四千余。炮火昼夜不停，往复突击，肉搏多次。我师旅长躬在阵地，督饬指挥，战斗之烈空前，毙敌无算。我伤亡惨重，仅现剩有战斗兵计一一五旅全旅五、六百人，一一七旅八百余人，补充团亦七百，其余尚在调查。本日已将军特务营（加入瞬时即牺牲一全连）、学生队等，均加入阵线，现军师部即一连之预备队亦无，再所有轻重火器被敌炮毁及箱子损坏者，已逾半数”，“临沂城危急万分”。
蒋介石即命张自忠再全力协助庞军反击。24日，张自忠致电军委会次长熊斌说：“奉委员长蒋23·09令一元电，饬职军务必赴泗水、滕县，以整个军协力庞军击灭临沂方面死灰复燃之敌。等因。遵由费县即出动，业于24·07到达临沂。现正积极侦察布置，并与庞军团长协商歼灭该敌。”
之后，庞张二军协力在临沂一带阻止日军。作战期间，庞、张二位将几乎每日致电蒋介石，报告战况。战斗进行得非常激烈。26日，庞炳勋致电蒋介石说：“当昨日敌攻猛烈之际，张军长即来职处，共同协商作战方法迄今留此未回，两军和衷共济，无分畛域，一致抗战，并力歼敌，以符钧令。”同时表示：“奉令保守临沂，誓死相拼，流此最后一滴血。”同日，李宗仁致电何应钦，报告说：“已先派缪军一旅，汤军团骑兵一团，即开临沂增援。”至30日，庞、张二军将侵犯临沂之日军基本击溃。这天庞炳勋给蒋介石发了一封密电说：“职军正面之敌，正攻击受挫。30·07向北退却，我部追击，已至独树头，仍向前侦追中。”临沂一仗开了台儿庄胜利之端绪。
冯玉祥在后来称赞这一仗说：“张自忠将军在山东的临沂打了胜仗。日本人的大队攻临沂，守临沂的是庞炳勋。双方打得很厉害，日本人想不到张自忠将军的军队那么听命令，那么勇敢！正从日本的右侧背用了一个拦腰截击的办法，把日本的军队打得落花流水。”【72】临沂这一仗将日军两个师团拟在台儿庄会师的计划彻底粉碎，造成矶谷师团孤军深入。
在兖州方面，当时邓锡侯的第二十二集团军在邹滕间，迟滞由兖州南进之敌。李宗仁为支援邓锡侯部阻止日军沿津浦路南下，于3月初即向武昌最高统帅部求援。1938年3月14日，李宗仁电告蒋介石关于日寇进犯的情况。同日，汤恩伯也电告蒋介石，说李宗仁打电报给他，鉴于日寇“于津浦北正面，增加兵力，大举反攻，以牵制我鲁南之作战”，要汤恩伯的部队配合作战，汤表示不同意李的意见，主张“如有向该方增援之必要，可用本军团全力，向该方出击”。
15日，李宗仁致电蒋介石，报告了敌人进犯的情况，以及我军阻击与歼敌的情况。于是，蒋介石致电程潜：“着汤军团长亲率王仲廉军开临城归李长官指挥，关麟征军开商丘，张轸师仍在蒙城待命。”汤恩伯马上电复蒋介石说：“职奉李司令长官命令，本晚派一团控置于滕县日南山地，巩固廿二集团右侧背之安全，第四师、八十九师主力，拟即集结临城东北地区，待机出击。”同时要求：“为集中本军团全力，解决津浦北段残敌，拟恳准调五十二军开来铜山待命。现驻蒙城之一一0师拟调商丘填防，如该师一时不能调动，商丘防备，拟由商震派队担任。”16日，李宗仁致电蒋介石，报告敌人“猛烈围攻滕县”，我军正在“死守”，“恳飞饬汤军团部队沿滕城东南门出击，俾临、滕交通不致中断”。17日，汤恩伯致电蒋介石，告知其正“在临城东北袁山指挥”。并报告了当日的战况。
19日，蒋介石致电孙连仲：“希贵部神速行动袭敌侧背策应正面之作战，以期各方面确切协同，一举聚歼敌人，挽回国军全盘之战势，有厚望焉。”
21日，李宗仁致电蒋介石，除了报告战况外，还详细说明了部队的部署及任务。同日，蒋介石致电李宗仁等一批将领，提出了部队部署的修正意见，并指出：“万一敌有增援队由济宁出击时，除守势部队竭力阻止外，其出击部队仍须在铁路线上游击，不得撤回运河西岸。”
24日，蒋介石亲自和白崇禧到徐州、台儿庄“指示机宜”。此时，敌矶谷师团已被我军吸引在台儿庄。台儿庄属山东峄县，扼运河的咽喉，清曾有江淮漕米四百万石由此北运，枣庄煤田靠此地出口，从台儿庄到徐州，走津浦路只有一百四十公里，走陇海路仅一百公里。从3月24日至4月7日，中日两军在此展开了抗日战争史上著名的台儿庄会战，战斗进行得非常激烈，双方均付出了重大的代价。会战期间，蒋介石同前线将领的密电往来十分频繁。
自3月24日至4月3日，日军竭其全力，并运用其优势之炮兵及机械化部队（野炮七十门、重炮十余门、战车三四十辆）猛烈围攻台儿庄，经孙连仲部坚强抵抗，将日军矶谷师团主力牢牢吸引在台儿庄附近。在此期间，李宗仁、汤恩伯、林蔚、刘斐等纷纷致电蒋介石，报告战斗的进展情形以及我军将士顽强抗击的英勇事迹。在这十余天的攻防战中，“我第二集团军阵地每日落炮弹至六七千发之多”。孙连仲部的池峰城师以与台儿庄共存亡之决心，奋勇抵抗，反复肉搏，虽台儿庄城塞被日军占去四分之三，守城的国民政府军队屹然未动，死力支撑，以待机动兵团包围日军。
李宗仁在回忆录中对这段历史有一个生动的叙述：“孙总司令要求与我直接通话。连仲说：‘报告长官，第二集团军已伤亡十分之七，敌人火力太强，攻势过猛，但是我们把敌人也消耗得差不多了。可否请长官答应暂时撤退到运河南岸，好让第二集团军留点种子，也是长官的大恩大德！’孙总司令说得如此哀婉。但我预算汤恩伯军团，明日中午可进至台儿庄北部。第二集团军如于此时放弃台儿庄，岂不功亏一篑？我因此对孙连仲说：‘敌我在台儿庄已血战一周，胜负之数决定于最后五分钟。援军明日中午可到，我本人也将于明晨来台儿庄督战。你务必守至明天拂晓。这是我的命令，如违抗命令，当军法从事。’……连仲知我态度坚决，便说：‘好吧，长官，我绝对服从命令，整个军团打完为止！’……孙总司令和我通话之后，在台儿庄内亲自督战。死守最后一点的池师长峰城，又来电向他请求准予撤退。连仲命令他：‘士兵打完了你就自己上前填进去。你填过了，我就来填进去。有谁敢退过运河者，杀无赦！’”在这抵抗外来侵略者的民族战争的战场上，这些国民政府官兵的有血气的表现，是可敬可佩的。