历经淮河连日血战、一路溃败逃亡，战损、溃散、掉队无数，如今只剩三万五千人，其中还掺杂着大量重伤、轻伤兵员，军械残缺、粮弹匮乏，更重要的是连日奔逃，军心早已涣散，士气低落到了极点，看似人多，实则已是一支不堪硬仗的败兵之师。
上午十时整，日军第十三师团率先发起全线猛攻。炮火铺天盖地砸向守军阵地，炮弹在工事间接连爆炸，尘土碎石冲天而起，硝烟瞬间笼罩整条战线。日军步兵在轻重机枪掩护下，列队冲锋，节奏沉稳，战术老练。
于学忠部将士虽奋力抵抗，可残兵疲弱之躯，根本挡不住日军精锐师团的雷霆攻势。防线一处被突破，便连锁引发全线动摇，士兵们虽有血性，奈何战力悬殊、军心不稳，只能节节后退。从上午鏖战至午后短短数个小时，正面主阵地便接连丢失三道防线，守军被日军硬生生推着往后收缩，伤亡不断增加，阵地上随处可见战死的将士遗体，血色浸染了运河堤岸。
西线局势同样危急。孙桐萱驻守左翼，麾下三个师拢共只剩一万五千残兵，本就兵力单薄、装备低劣。
从徐州城内开出的日军第三师团，派出一个步兵联队搭配骑兵联队，总计五千精锐，迂回扑向左翼防线。
日军骑兵往来穿插，步兵步步强攻，炮火精准压制守军火力，孙桐萱部打得节节败退，求援电报一封接一封送往台儿庄总指挥部，字里行间满是焦灼，防线已是摇摇欲坠。
东线艾山高地，战况更是惨烈。韩德勤一万守军凭山据守，原本占着地形优势，可迎面而来的是日军第104师团两万兵力，兵力碾压、炮火压制，轮番向艾山阵地发起冲锋。仅仅一日之间，艾山防线便全线动摇，阵地多处被日军攻破，守军被冲得七零八落，伤亡溃散不计其数，已然快要撑不住高地防线。
五月十三日整日血战，枪炮声从未停歇，夜幕降临后，战火才稍稍缓和，可所有人都清楚，这只是短暂的喘息，明日天亮，更残酷的厮杀还会接踵而至。
及至五月十四日，天色微亮，日军再度发起全线进攻。三路日军同步压上，攻势比前日更为猛烈。于学忠正面阵地、孙桐萱左翼、韩德勤右翼，全线都被压制，防线被迫向后退缩十余里。日军已然隐隐形成迂回包抄之势，从左右两翼向台儿庄后方穿插，大有将六万残兵合围全歼于此的意图。
两日血战下来，短短二三十个小时，各部伤亡已然逼近两三千人之多。更让人揪心的是，这其中大半并非战死负伤，而是军心崩溃之下，士兵悄悄溃散逃亡
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