因為日軍后來增兵了。
南京失守后，由于國府遷往武漢，并拒絕與日本政府談判。
于是受此影響，日本內部便分成了兩派。
即“擴大派”和“不擴大派”。
一開始，不擴大派的聲音占上風。日本內閣和參謀本部都主張不擴大戰爭。
這派人認為，繼續打下去，日軍必然會陷入持久戰的泥潭。日本資源匱乏，打持久戰無疑就是災難。所以他們的主張便是守住占領區，扶持傀儡政權，尋求與蔣政府談判。力主用談判的方式從中國攫取利益。
就像當年甲午戰爭，與清政府談判，并逼迫清政府簽訂《馬關條約》一樣。
但是，由于國民政府拒絕談判。
再加之，前線作戰的日軍將領又都主張擴大作戰范圍。
前線的師團長、旅團長，覺得國民政府就像一棟破房子，踹幾腳就塌了。對高層畏畏縮縮的表現極為不滿。
所以，盡管日本內閣不同意擴大戰爭，日本參謀本部也沒下令。但侵華的華北派遣軍和華中派遣軍，還是私自行動，各自沿著津浦鐵路，對徐州發動了夾擊。
徐州會戰就是在日軍這種“下克上”的大背景下爆發的。
而由于兩個方向的日軍都是私自行動，都違背了大本營的指令，都企圖以既成事實迫使大本營同意他們的行動。所以徐州會戰初期，日軍投入的兵力不多。
南線的華中派遣軍，有九個師團。但只投入了一個師團，即第十三師團。
北線的華北派遣軍投入了兩個師團，即第五師團和第十師團。
第五師團就是臭名昭著的板垣師團。
第十師團當時的師團長叫磯谷廉介，因此該師團當時也被稱為磯谷師團。
但這兩個師團，當時也都不滿員。兩師團加起來大概不到三萬人的樣子。
1938年1月，南北兩線同時開打。
南線因為兩淮地勢有利于防守，再加上國軍五個軍的英勇奮戰，頂住了日軍進攻。所以南線形成了對峙局面。
北線則由于種種原因，韓復渠不戰而放棄了黃河、泰山防線，導致日軍板垣、磯谷兩個師團長驅直下，很快就打到了離徐州不足兩百公里的臨沂、棗莊。
而兩地一旦失守，徐州也保不住。所以北線的情況異常緊張。
為了鞏固防線，五戰區司令長官李宗仁隨即調整部署，從南線調回第59軍，增援臨沂。
又令川軍第22集團軍駐守滕縣。
同時還部署孫連仲部于臺兒莊，決心在臺兒莊附近與日軍的兩個師團決戰。
面對國軍的部署，進攻臨沂的板垣師團和進攻滕縣的磯谷師團，均不以為然，兩邊的師團長都狂妄至極，認為國軍不堪一擊。
然而在臨沂和滕縣，他們卻都遭到了國軍的迎頭痛擊。
增援臨沂的59軍軍長張自忠曾因為一些事被國人視為漢奸，罵了很久。并且還因此上了軍事法庭。
雖然后來李宗仁等人出面作保，幫張自忠勾除了賣國罪名。但輿論和老百姓對他的辱罵卻并沒有停止。
"張逆自忠，自以為忠。"這是當時很多報紙媒體對張自忠的評價。
張將軍，性格剛毅。面對被羞辱，他當然要用鐵和血自證清白了。
所以在臨沂對板垣師團的作戰中，張自忠并沒有保存實力，而是主動發動進攻！
與此同時，臨沂城內的守軍也發起反擊，與59軍里應外合。
板垣師團自侵華以來，一路上，中國軍隊都是望風而逃，從來沒有見過中國軍隊會如此不要命的主動進攻。因此在國軍的主動攻擊下，板垣師團陣腳大亂，死傷慘重。
最終，經七晝夜血戰，日軍退走。
此一役，板垣師團被斃傷6000余人。
如果說日軍的板垣和磯谷師團，是一把鉗子的兩個鉗頭，那臨沂之戰重創板垣師團，就等于是先掰斷了日軍的一個鉗頭。讓日軍不能再對臺兒莊進行合圍。
再看滕縣這邊。
駐守滕縣的川軍在當時的國軍隊列中，屬于雜牌中的雜牌，裝備落后，紀律一般，戰斗力并不高。因此當時讓川軍來駐守滕縣如此重要的據點，也是頗具爭議。
但誰能想到，就是這只不被時人看好的雜牌軍隊，卻在滕縣打出了驚天動地的一仗。
在日軍飛機大炮的轟炸之下，川軍硬是在滕縣把磯谷師團擋了三天半之久。在日軍轟開滕縣城墻，攻入內城后，川軍將士們又與日軍展開激烈的肉搏戰。
最后，除去突圍出去的少數部隊外，留守在城內的部隊，包括師長王銘章在內，全部壯烈犧牲，以身殉國。
川軍死守滕縣期間，李宗仁本來還命令湯恩伯馳援滕縣，但因路途遙遠，湯部沒趕到，滕縣還是失守了。
雖說沒守住，但日軍磯谷師團是在付出兩千多人的傷亡后才拿下的滕縣。而且進軍進度也被大大遲滯。滕縣守軍為臺兒莊守軍創造了構筑工事的寶貴時間。
其實當磯谷師團攻下滕縣時，華北派遣軍司令部曾給磯谷廉介下過命令，讓他等各路日軍都達到指定位置，再一起進攻臺兒莊。
但磯谷廉介狂妄的很，認為臺兒莊防守空虛，便不顧板垣師團在臨沂受阻，也不等南線日軍被堵在淮河的現狀，只率師團的一部分兵力就鉆進了臺兒莊戰場。
接下來的一戰，便是臺兒莊戰役。
李宗仁讓孫連仲的第2集團軍守臺兒莊，又令湯恩伯部阻斷日軍退路。
本來按計劃，孫連仲部守三天，湯恩伯就從背側夾擊日軍。但孫部一連守了近十天，湯恩伯都沒來。以致臺兒莊差點沒守住，整個會戰崩盤。但守軍拼死一搏，守臺兒莊的師長池峰城甚至下令炸了運河上的浮橋，以示背水一戰的決心。再加上湯恩伯部也終于趕到了戰場，對日軍展開瘋狂進攻。這才有了臺兒莊大捷。
板垣、磯谷師團接連受挫后，侵華日軍中的擴大派將領開始叫囂。
不擴大派的官員也因為看到徐州附近有大量中國軍隊，認為合圍徐州，可以給與中國軍隊一次有力打擊，逼迫國民政府投降。
故而在臺兒莊戰役結束的當天，日軍大本營下達了“大陸命”84號令：從華北派遣軍抽調四個師團，對徐州發動攻擊。另調一個師團兵力監視第一戰區國軍；華中派遣軍以兩個師團的兵力沿津浦鐵路向北，策應北面日軍夾擊徐州。
日軍的這一命令，國軍起初不知道。
為了守住徐州，也為了再來一次臺兒莊式的大捷，以振奮國人抗日之決心，蔣介石抽調十多萬大軍到了徐州戰場，交給李宗仁指揮，讓他再接再厲。
但到了五月初，當日軍的戰略企圖越來越明顯后，蔣和李都明白，就別想什么再來一次臺兒莊大捷了，再不走，怕是要被日軍包餃子了。
為了避免淞滬戰場和南京保衛戰的悲劇再度發生。李宗仁果斷下令撤退，第五戰區部隊從三個方向跳出日軍包圍圈。同時，蔣介石也令第一戰區的薛岳部向豫東活動，掩護五戰區部隊轉移。
之后，第五戰區的主力部隊基本跳出日軍包圍圈，進入休整階段。
而日軍第十四師團（師團長土肥原賢二）在與第一戰區國軍交火中，因為冒進，鉆進了薛岳的包圍圈。蔣介石大喜，認為可以全殲這股日軍。于是便讓第一戰區部隊接管戰場，就有了蘭封會戰。
但蘭封會戰，國軍打得很糟糕。
先是27軍軍長桂永清為了保存實力，在日軍突圍時，不戰而逃，導致圍殲計劃破產。
之后薛岳重新調兵布陣，又圍住了日軍。但戰斗正激烈進行時，守商丘的第8軍黃杰部又不戰而逃了。導致位于商丘和蘭封一帶國軍處于被日軍東西夾擊的危險境地。
眼見圍殲已不可能。并且，開封也肯定守不住了。蔣介石無奈，只好下令撤退。
到了六月，十四師團猛攻開封。眼瞅鄭州朝不保夕。蔣擔心，一旦日軍拿下鄭州，會沿著平漢鐵路進攻武漢。便下令炸掉黃河大堤，引出了著名的“花園口決堤”事件。
花園口決堤后，隴海鐵路被沖斷。
北線日軍無法利用鐵路運兵，遂放棄了沿隴海鐵路和平漢鐵路進攻武漢的原計劃。改為退回徐州，經由蚌埠南下，過淮河，再到合肥，與華中日軍會合，沿長江兩岸進攻武漢的方案。
至此，徐州會戰完全結束。而武漢會戰也拉開了序幕。