中國軍隊放棄徐州，徐州會戰結束

進入徐州的日軍舉行入城式

台兒莊戰役的勝利，並沒有改變抗日戰場的基本形勢。上月7日，日本大本營下達徐州作戰命令：決定集中華北與華中兵力共30萬人夾擊徐州。第五戰區司令長官李宗仁為了防止日軍長驅直入武漢，遂決定在徐州進行抵抗，先後增調部隊20餘萬人，連同原有部隊共約60萬人，全部投入作戰第一線，分兵把守在西起微山湖，經嶧縣、蘭陵、向城，東至郯城一線，長達300餘里。由於兵力分散，會戰一開始就陷入被動局面。
5月初，日軍南北兩路從徐州兩翼插入迂迴，切斷了中國守軍的退路，使中國軍隊立即陷入極端混亂之中，幾十萬大軍迅速崩潰，在徐州以北，日軍第十四師團從濮城南渡黃河，攻陷菏澤、鄆城，5月中進入蘭封東側，切斷隴海路；在徐州南，日軍第一0一師團從蘇北東台出發，沿運河北進，於5月初攻占阜寧，策應北線之敵南下：日軍第六師團進入合肥附近，牽制中國守軍力量；日軍主力第三、第九、第十三師團在裝甲部隊和空軍配合下，沿津浦路西側北犯，至5月18日先後陷宿縣、蕭縣，並有一部進至隴海路黃口車站。至此，日軍形成對徐州的四面合圍之勢，中國守軍被迫步步退縮。
為防止被日軍殲滅，5月15日，第五戰區主力奉命向西南方向突圍，撤退到皖西和豫南地區，只留少數部隊利用蘇北、魯西各城寨與日軍周旋，以延緩其向隴海鐵路的進攻。19日，徐州失陷。

日軍炸毀隴海線上的鐵路橋 截中國軍隊退路

日軍侵占徐州後舉杯祝捷

日軍裝甲車開入徐州市區

台兒莊和徐州戰役後，日軍墳冢到處皆是