4月1日，日军坂本支队与由鲁坊进至兰陵阻击的第20军团第52军在兰陵镇以北地区展开苦战。当晚，坂本顺约留1其中队的步兵及1个马队队于向城、兰陵镇间地区，保护厥火线联络，主力向台儿庄以东的岔河镇方向进步。第五战区急令第139师至岔河镇占据阵地，归第20军团批示，筹办抗击该敌。汤恩伯率批示所于当日进至四户。
5日拂晓时，进入郭里集的第52军第25师第75旅之一部与日军沂州支队的先遣中队相互发明。第52军军队立即将碉楼包抄，并调来炮兵停止进犯。经战役后，该日军中队大部被歼，仅十余人突围逃至枣庄。枣庄日军沂州支队在第25师围攻其先遣中队时曾派出数百人打击郭里集，诡计救济，被第25师击退。第52军的第2师从鹁鸽窝向枣庄打击，但被击退。汤恩伯率第85军主力仍在抱犊崮山区按兵不动，仅令派出1个旅与第52军协同作战，而该旅仅派出1个团、该团又仅派出几个排的兵力在枣庄核心停止了袭扰性进犯，然后又退回抱犊崮山区中。
“第52军应于本晚星夜由傅山、青山一带向南下之敌夹攻，并与孙个人军切取联络；第85军应以一部占据云谷山、黄山、马山、神山一带，管束齐村、枣庄、郭里集一带之敌，主力本晚集结神山、向水泉、猪山一带待命。”
日军第10联队在4月2日的《战役详报》中说：“对中国军队第27师第80旅昨日以来的战役加以检验，无愧于蒋介石对他们的极大信赖。他们扼守散兵壕，全数固执抵当直至最后。他们在狭小的散兵壕内，堆叠相枕，力战而死之状，虽为仇敌，观其壮烈之态，亦为之感慨。战役中曾使翻译劝其投降，但无一人应者。战至尸山血海的精力，并非独为我军所特有。疏忽别人，自我沉醉，为我军计，对此应有所慎戒。本日作战，我军伤亡将校以下66名，敌遗尸约250具。”
第五战区司令长官李宗仁得知日军北逃的环境后，于13时下达了追击号令：“(1)台儿庄四周经我孙、汤两军击溃之敌，现向峄县方向逃窜中。(2)汤军以一部清除疆场，以主力由台、枣歧路(不含)以东，沿夏庄、马山、九山、潭山以南地区向峄县追击进步。(3)孙军批示张轸师(第110师)由台、枣歧路(含)向峄县追击进步。(4)曹福林(堵击兵团)应于峄县以北地区截击仇敌，勿使窜逸。(5)敌如退据峄县城，孙、汤两军各以一部占据峄县东、西方高地，主力协同击灭城内奸之野战军后，围攻峄县城。(6)敌如以峄县城为后卫阵地，孙、汤两军各以一部监督之，主力尾敌穷追。(7)孙震军(第22个人军)应由新闸子渡运河，追击韩庄方面之敌。(8)李仙洲师应持续经向城向东，扫荡临沂以西之残敌，向临沂进步。达到后归张军长自忠批示。(9)予在宝穴。”各部接令后，开端按号令追击。
李宗仁、白崇禧欲毁灭峄、枣之敌，但感到兵力不敷。恰于此时又获得来自天津方面的失实谍报，弊端地判定了日军的作战目标，因而致电统帅部参谋总长何应钦及其他决策职员，但愿他们帮手作出增兵第五战区的决策。电报内容为：“武昌何总长、徐部长次宸(军令部部长徐永昌)兄、熊次长哲明(军令部次长熊斌)兄、林次长蔚文(军令部次长林蔚)兄：(1)津息：台儿庄胜利已激起日方反战活动，致预定由海内增加8师亟早处理华北战局之打算撤销，现在向鲁南之增兵，均由各疆场抽调而来。(2)我如能掌控台儿庄胜利之果而早日处理峄县之敌，则可扩大敌之反战活动，怂动国际力量之观听。建立我胜利根本，在此一举。拟请委座集合统统力量争此一着，务盼兄等主持统统，以期早观厥成，是所盼祷。”统帅部同意他们的观点，开端向第五战区增兵。但究竟上日本大本营于4月3日就已决定集合兵力策动徐州会战。此时，“华北方面军”第2军根基上已调剂摆设结束。4月18日第10师团即开端转为打击，徐州会战进入了前期――徐州突围阶段。