4月2日，汤恩伯20军团各部到达兰陵镇，对肖汪附近的坂本支队发起猛烈攻击。在临沂附近的攻击作战中，坂本支队损失很大，现在面对汤恩伯20军团强大力量的攻击，坂本支队日军顿时陷入苦战，同第五师团的联络也一度中断。
4月3日，台儿庄前沿阵地31师电讯联系突然中断，李宗仁急电向蒋中正告急。蒋中正看完急电，神色紧张，愤愤地说：“居副官，备车到机场，马上飞徐州。”
蒋中正飞到徐州后，他要求派人去前线慰问并联系。蒋中正副官居亦侨自告奋勇要求：“委座，派我去。师长池峰城、旅长王冠五都是我的好友!”蒋中正听后说：“好，你快去。”
居亦侨立即启程，经乘车和步行到达前沿，和池师长等在阵地相逢。师长池峰城、旅长王冠五已经血战六昼夜未下火线。他们声音嘶哑，眼睛里布满血丝，精力却很旺盛。他们告诉居亦侨：31师已经损失70%，国 军已经击毁日军4辆坦克，打落日军飞机1架，打死日军63团团长等。
4月3日，台儿庄的战场态势出现严重危机，王冠五旅长所部仅占城内五分之一，眼看此最后根据地即将不保，后方司令部打电话问他怎么样时，他说不要紧。前方下级军官问他如何支撑局面时，他说自有办法。其实，他哪有什么特别的办法。不过，他相信上级长官一定会全力支持台儿庄，绝对不会做退后的打算。同时，他相信部署抗战的决定不会动摇，他的部下对他也是如此信任。因为有此互信，所以造成牢不可破的共信。第三十一师师长池峰城不仅是他的直属长官，而且是负责保守台儿庄的指挥官。他清楚地知道台儿庄的实情，当他听到王旅长说不要紧时，深受感动，居然吐出一口鲜血，因为他确实知道实际上是如何要紧啊。
4月3日，台儿庄三分之二已经被日军占领，王冠五仍坚守南关一角死拼不退。直至汤恩伯军团在大顾珊和底阁、杨楼大败板垣征四郎坂本支队、矶谷廉介师团濑谷支队。日军团在北洛、泥沟方面受汤恩伯军团另一部围攻后自行撤退。
这时候，汤恩伯20军团和坂本支队杀得难分难解，谁也占不了便宜。到了4月3日，一支由第93师和第139师临时组成的生力军75军从徐州赶来增援，加入汤恩伯20军团作战。国 军第75军前身是北洋军阀孙传芳所属“五省联军"一部。1926年12月，国民革 命军进入江苏境内时，北洋军阀孙传芳所属“五省联军"中的浙军第2师，投靠北伐军，被改编为国民革 命军第26军。1928年9月，北伐战争结束后，该军缩编为国民革 命军第6师。1933年3月，第6师扩编为第8军。第8军番号撤消后，第6师驻赣绥靖公署直辖。抗 日战争全面爆发后，国 军进行整编时，以第6师为基础组成第75军，下辖第6师，周碞任军长兼师长。周碞也是一位出色的国 军将领，1893年11月出生于嵊县华堂村，陆军大学毕业，历任排长，团长，旅长，第六师师长，第七十五军军长。淞沪会战爆发。周碞任师长的第六师开赴上海参加淞沪会战。8月31日，第六师调杨行、吴淞，占领薀藻浜往沈家宅、陆家药库至宝山一线。战斗中给日军以沉重打击。周碞因薀藻浜作战有功，升任整编七十五军军长，仍兼第六师师长。在9月3日的惨烈战斗中，第六师伤亡过半。1938年3月，75军由武昌葛店、鄂城调往山东，参加台儿庄作战。与75军一同来支援汤恩波20兵团的还有炮4团和炮7团。
这支生力军的到来，特别是2个炮兵团的增援，使得中国 军队攻击火力大增。到了4月4日，坂本支队还在苦苦支撑着各个据点，后方补给线又被切断，不得不向第10师团要求补充弹药和粮食。同一天，濑谷支队对台儿庄的攻击毫无进展，也感受到了汤军团的威胁，于是逐渐将战斗重心移向侧翼，台儿庄国 军的压力又开始减轻。4月4日深夜，孙连仲打电话给李宗仁，请求撤退到运河南岸，李宗仁命令死守，以为“胜负之数决定于最后五分钟”。不久汤恩伯军团在日军背后出现，矶谷师团撤退不及，陷入国 军重围，在汤军团强大炮火支援下，台儿庄内国 军以敢死队队长仵德厚冲入日军阵地，一阵猛烈砍杀，日军乱了阵脚，四散奔逃。
危急关头，日军用燃烧弹攻击台儿庄，试图将台儿庄夷为平地，孙连仲第二集团军此时处境已极其危险，连预备队都已经用完。孙连仲对请求准予撤退的师长池峰城说：“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，杀无赦!”池峰城知道军令不可违，又返身冲入敌阵，命令城内各守备队利用地形和断墙残壁，筑起第三道防卫工事，勉强与日军周旋，国 军士兵逐屋抵抗，任凭日军如何拼死冲锋，也坚守不退，战至黄昏，日军停止进攻。到4日深夜，守卫台儿庄的孙连仲部2万余人已伤亡14000多人，全庄四分之三的地盘被日军占据，但孙部仍背靠运河在城南一隅顽强死守。此时孙连仲意识到再孤军死守将全军覆灭，于是他给李宗仁打电话：
“第二集团军已伤亡十分之七，敌人火力太强攻势太猛，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。”
孙连仲语调凄凉、悲壮，李宗仁深知其处境艰难，但他说：“敌我在台儿庄已血战一周，胜负之数决定于最后5分钟，援军明日中午可到，我本人也将于明晨来台儿庄督战，你务必守到明天拂晓，并要组织夜袭，坚持就是胜利，待明天援军到后，我们就可以对敌人内外夹攻！这是我的命令，如违背命令，当军法从事!”
孙连仲知道李宗仁态度坚决，于是说：“好吧，长官，我绝对服从命令，整个集团军打完为止。”当夜孙连仲亲自在台儿庄督战，组成数百人的敢死队，分组向日军发动攻击。仇敌在前，孙部各自为战，手持大刀向日军砍杀，奋勇异常。日军通过连日血战也已经精疲力竭，战斗已经到了最后关头，国 军还能乘夜出击，日军仓皇应战，乱作一团，被日军占领的台儿庄市街竟在一夜巷战中被国 军一举夺回四分之三，日军死伤无数，退守台儿庄北门，与国 军通宵激战。
当日半夜，李宗仁收到到汤恩伯军团的来电，知汤恩伯军团已向台儿庄以北迫近，天明可到。后半夜，李宗仁带着一帮随员前往台儿庄前线，亲自指挥各参战部队对矶谷军团的歼灭战。黎明之后，台儿庄北面炮声渐密，汤恩伯已在日军背后出现，矶谷师团撤退不及，陷入国 军的重围。接着国 军对日军实行内外夹击，在汤军团强大炮火支援下，台儿庄内国 军以敢死队冲入日军阵地，与日军拼命厮杀。
4月5日开始，中国 军队的攻击更加猛烈，85军军长王仲廉亲临前线指挥89师向日军发起猛烈攻击，75军也全力向坂本、濑谷两个支队进行围攻。这时候日军渐渐不能抵挡，坂本支队连日来被汤恩伯20军团持续围攻，无论补给和战斗力都已经难以支撑。到了4月5日晚上，坂本支队支队长坂本顺向濑谷支队支队长濑谷启发电报，表示自己需要在6日撤退，并希望濑谷支队帮忙掩护，攻击正在围攻的国 军。濑谷支队长根据各方面的情况，认为已经陷入国 军围困中，非常危险。如果坂本支队逃走，他更是孤立无援。在万般无奈之下，濑谷启决定在6日晚上向峄县附近撤退，放弃攻击台儿庄。
第10师团长矶谷廉介收到濑谷启的电报，对于濑谷支队长撤退的请求十分不满，命令参谋长电话命令濑谷支队中止撤退。濑谷支队长却明白，以目前的局势，必须立即撤离，再不撤离就跑不掉了。他不顾师团长的命令，擅自率领各部向峄县撤退。4月6日12点20分，国 军对矶谷师团发起了全线出击，日军第十、第五师团这二支号称“铁军”的部队在中国 军队的包围攻击下仓皇败逃，濑谷支队已全面崩溃。台儿庄一线国 军全线出击，杀声震天，池峰城率部乘胜自台儿庄西北角进攻园上，随后占领。接着又占领西北门、东门，庄内日军全部肃清。晚上10点，将刘家湖、三里庄日军全部歼灭。4月6日晚上，濑谷支队抛弃大量无法携带的辎重和火炮，迅速撤退到峄县附近。而坂本支队和濑谷支队联络不畅，不知道濑谷支队已经撤离，还在傻乎乎地等着濑谷支队的协同行动。
4月7日凌晨4点左右，台儿庄城内的日军基本被消灭干净。在李宗仁亲自指挥下，国 军乘胜追击，扩大战果，台儿庄之战至此大获全胜。矶谷师团已全面崩溃，日军机动车辆多被击毁，其余也因缺乏汽油而陷于瘫痪。直至7日晚上，坂本支队发现濑谷支队已经撤离，才开始向峄县东北方撤退。撤退中，坂本支队被国 军炮火猛烈轰击，伤亡非常惨重。对于濑谷支队抛弃友军先溜的做法，坂本支队官兵更是非常愤怒。台儿庄战役到此结束，日军以惨败告终。
矶谷师团长率残部万余人突围进入峄县城，闭门死守。来不及逃窜的数百名日军伤残官兵，在他们的飞机炸成的大坑内，无比悲哀地嚎叫着剖腹自 杀，并引火自焚。
台儿庄战役消灭日军一万多人，坦克车被击毁30多辆，缴获大炮70多门，战车40多辆，装甲车70多辆，汽车100多辆。是抗战爆发后中国正面战场取得的首次重大胜利，中国士气大增。
台儿庄战役历时半个月之久，日军每天以飞机、大炮、坦克掩护步兵猛攻 台儿庄，城内多处被日军突破。王冠五带领兄弟们奋不顾身，同日军展开犬牙交错的巷战，创造了人类战争史上的一大奇迹。
台儿庄大捷王冠五功不可没。6月7日，国民政府授予王冠五“华胄荣誉奖章”。此奖章于民国27年2月2日奉令筹制1万枚，系颁给在抗 日战役中，军官士兵或文职官吏及地方团队，奋勇杀敌，足资矜式者，不分等级，襟绶有表。中心为古代战士之战盔图，意思是战士赖以保护生命安全，象征荣获此章者，国家之安全有赖其保卫。
台儿庄战役牵动着亿万人民的心，国内外许多记者和作家冒着生命危险奔赴前线采访。王冠五因战绩卓著，成为中外记者争相采访的对象。著名记者范长江、陆诒等人对这场战役进行了详细报道。著名作家郭沫若在收集大量第一手资料后，在特辑《血战台儿庄》专刊中歌颂了王冠五为国家、为民族英勇奋战的光辉业绩。著名诗人臧克家历时10多天，先后三次深入战地采访，写成《津浦北线血战记》一书。此后，臧克家写了轰动一时的《红血洗过的战场》：
“台儿庄，红血洗过的战场。一万条健儿，在这里做了国殇……在这里，我们击退寇兵！在残破的北关城墙插上了国旗……台儿庄一片灰烬，台儿庄的名字和时间争长。”
在台儿庄战役中涌现了许许多多为国捐躯的英雄人物，罗芳珪就是其中的一位。罗芳珪于1907年12月20日生于湖南省衡东县的一家书香门第，13岁考入长沙岳云中学。1925年考入黄埔军校第四期，毕业后参加北伐，历任排长、连长、营长。1934年升为国民革 命军第十三军八十九师五二九团团长。1937年平津沦陷后，日军向南口进攻。罗芳珪奉命率部扼守纵横十余里的阵地，从8月12日起至23日止，以千余人抵御数万日军的进攻。当时所部已陷日军重围，罗芳珪率领所部突围出去。南口一战，大震军威，被中外报章赞誉为英勇抗战的中国“四大名团”之一。南口突围以后，罗芳珪团大部阵亡。经过一段时间的休整补充，又参加台儿庄大会战。
4月初，台儿庄争夺战达到白热化程度，国 军将士以血肉之躯与日军苦战死拼。为解矶谷师团之围，坂垣师团南下增援。途经峄县城附近时，早已等候在那里的我八十九师奋起迎敌。罗芳珪团冲杀在前，罗团长号召全团官兵：“今天这一仗，有进无退，有我无敌，好男儿报效祖国的时刻到了！”一番慷慨陈词，使全团士气大振，决心血战到底。
4月4日，在李宗仁的周密安排下，国 军各路援军陆续赶到，以凌厉的攻势对日军实行反包围。台儿庄的守军紧密配合，向敌人发起猛烈反攻。经过三昼夜的苦战，一连攻克了敌人的三处阵地，占领了大顾珊村，逼近了台儿庄。
4月6日，我军全线发起总攻，日军困兽犹斗，战斗更为激烈。这天下午5点左右，五二九团团长罗芳珪与团副李有于在大顾珊村外前沿阵地指挥战斗，隐蔽在一道土墙后观察敌情。突然，敌方飞来一排炮弹，弹片击中罗芳珪的头部和胸 部，顿时血流如注，团副李有于也倒在血泊中，两人同时壮烈殉国。弥留之际，罗芳珪对部属断断续续地说：“我死了……不要紧，你们……要狠狠……狠狠打击日本强盗，……收复……台儿庄！”说完，便安详地闭上了眼睛。正在采访的战地记者张高峰闻讯赶来，特地从树丛中采摘两枝盛开的桃花，放在两位烈士的胸前，沉痛地脱帽致哀：“安息吧，英雄！”
罗芳珪为国捐躯后，国民政府决定将他的遗体运回家乡。长沙《大公报》4月15日用大字主标题《抗战名将罗芳珪灵柩抵汉，即将运湘安葬》，并配副标题《扼守南口，威震中外；台庄会战，为国捐躯》进行报道。
5月上旬，罗芳珪的灵柩由前方运抵衡山火车站。衡山县长孙伏园率各界人士到车站迎接。随即在衡山县城文庙大坪里隆重举行追悼会。罗芳珪灵前，摆放着国共两党要员周恩 来、林森、蒋中正、于右任、汤恩伯、蒋光鼐等的挽联、挽词。
周恩 来的挽联情真意切：“为国家合作抗 日，南口防守决死战，声震中外；作民族复兴英雄，台庄大捷成壮烈，独有千秋！”
蒋中正的挽联慷慨激昂：“善战久知名，讵翼妖氛摧猛士；临危能受命，好将浩气振军魂！”
国民政府主 席林森的挽词言简意赅：“裹革完忠”。
在1000多人参加的追悼会上，很多人为烈士唱起了挽歌：“风萧萧兮易水寒，壮士一去兮不复还……”更为会场增添了悲壮的气氛，很多人为抗 日名将之死洒下了热泪。
罗芳珪的夫人康敬懿刚刚分娩，身子十分虚弱，也含着极大的悲痛，抱着烈士喋血疆场10天之后才生下来的遗腹女罗本忠参加了追悼大会。罗芳珪在率部抢防南口前夕，动员爱妻离开部队驻地回到湖南老家，又义无反顾地奔赴抗 日战场，没想到夫妻从此永诀。在追悼大会上，康敬懿含着泪水，讲述了烈士的生平事迹，并为丈夫为国献身感到骄傲；表示一定化悲痛为力量，完成丈夫的未竟事业。当年12月26日，罗芳珪的灵柩安葬在衡东县新塘镇杨泗桥祖茔。
国民政府为表彰罗芳珪的功绩，追任他为陆军少将，入祀南岳忠烈祠。
