台儿庄内日军得知濑谷支队主力南援的环境后，在航空兵及庄外日军的大力援助下，尽力向外扩大，当晚推动至庄南头运河北岸。孙连仲派第30师的第176团入庄声援，与第31师军队扼守西半部阵地，搏命抗击，遏止了日军的扩局势头。
(4)军团辨别：
3月23日拂晓，第31师师长令旅长乜子彬率1个团向峄县进犯进步。与此同时，日军“台儿庄调派队”也由峄县解缆向台儿庄进犯进步，两边在獐山遭受。日军击退第31师的马队搜刮队及击歼第183团的斥候连后，在泥沟又击退了第183团的前卫营，于当晚占据了北洛。濑谷启于战俘口中得知：峄县四周的军队是中国军队第20军团的4个师；第五战区司令长官李宗仁已号令汤恩伯在峄县东北及北方的山区集结，24日开端进犯，诡计将韩庄、临城一带日军压迫、毁灭于微山湖东岸地区；汤恩伯现在向城。因而决定将支队主力集结于临城、峄县，筹办与汤军作战，原定援助临沂的军队减为1个大队，对打击台儿庄的兵力与任务则稳定动。连夜下达号令：“(1)支队以一部遣往沂州方向策应坂本支队，主力确保韩庄及台儿庄四周的大运河一线。(2)沂州支队(以步兵第10联队第2大队为基干)24日从临城解缆，向沂州方向进步，策应坂本支队作战。(3)步兵第10联队(欠第2大队，配属炮兵等)以一部确保韩庄四周大运河线，主力于临城集结。(4)步兵第63联队(欠1个大队，配属炮兵等)以一部确保台儿庄四周大运河线，主力集结于峄县。(5)支队司令部及直属军队集结于枣庄四周。”
第2个人军的3个师全天均在日军猛攻之下，极力戍守，但有力按战区的号令转为打击。第110师派豫东红枪会构成的技击队于当夜潜渡运河，以大刀、梭镖攻击了韩庄车站，一度攻入站内；该师第328旅潜入河北的突击队亦对邹县之敌停止袭扰。第20军团的第75军一部正与日军坂本支队苦战；第52军已毁灭了坂本支队的保护分队，正向底阁、杨楼一线进步，做打击濑谷支队左边背的筹办。