年4月6日，进攻台儿庄的日军矶谷师团已全面崩溃，台儿庄一线国军全线出击，杀生震天。日军机动车辆多被击毁，其余也因缺乏汽油而陷于瘫痪，弹尽粮绝，吓得魂飞魄散，只顾突围逃命，逃窜的日军尸横遍野，被击毁的各种车辆、弹『药』、马匹遍地皆是。国军士气高昂，各军团向敌猛追，如疾风扫落叶，锐不可挡。
最后，矶谷师团长率残部万余人突围进入峄县城，开始闭门死守，战斗信心尽失，对国军已无丝毫威胁。台儿庄之战，至此国军大获全胜。
战后国军清点战场，仅掩埋的日军尸体就近万，敌军总死伤在两万以上，坦克车被击毁30余辆，缴获各种大炮70余门，战车40余辆，装甲车70余辆，汽车100余辆，机关枪数百挺，步枪上万枝，这次胜利，可能也是日本新式陆军建立以来的第一次惨败。捷报传出后，中国举国欣喜若狂，前线国军士气大振。
至此，台儿庄攻防战至此结束。8日，方面军明令坂本支队归第10师团指挥。是役，第5师团伤亡6759人；第10师团伤亡5225人。
台儿庄战斗后，日本大本营判断台儿庄战斗意味着蒋介石已将主力集中到徐州附近准备决战（大本营认为台儿庄出现了蒋介石嫡系汤恩伯军可作证明）。趁此时机攻占徐州，定会给中国军队以致命打击，同时为攻占武汉造成有利态势。根据上述判断，大本营于4月7日下达攻占徐州的命令。抗日之雪耻49
据此命令，华北方面军于4月10日制定了徐州作战的指导方策，把徐州会战分为三期：第一期为准备阶段，主要是给第2军补充兵力，将第114师团（欠1个大队）、第16师团、坦克第2大队、野战重炮兵策3、6联队、后备步兵第1大队、独立工兵联队等部配属给第2军，同时与华中派遣军制定协同方案，令华中派遣军由江阴向西北推进，把中国军队牵制在徐州以南。第二期为徐州外围作战阶段。这—阶段以突然袭击的方式发起进攻，以一部兵力由微山湖西侧南下，迅速占领徐州西面和西南面地区，与华中派遣军合围徐州；另以一部兵力（约1个师团）在兰封（兰考）至范县一带渡过黄河，切断兰封以东的陇海线和郑州以南的平汉线。第三期为总攻徐州阶段，攻占徐州，并相机攻占开封、郑州。
4月12日，华北方面军下达攻占徐州作战的预备命令，同时将第114师团的4个大队、第16师团的1个大队配属给第10师团，弥补第10师团在台儿庄战斗中的损失，以恢复战斗力。第10师团得到加强后，将原担任警备任务的长濑支队（以步兵第39、40联队主力为基干）替换下来参加徐州作战。
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