光阴似箭，日月如梭，转眼间大半个月过去了。
在这段时间里，中原局势又有了新的变化。
徐州南线战场，二月份华中方面军所属之第十三师团取得重大进展，二月一日东路日军渡过池河，随即攻占临淮关，五天后占领蚌埠；中路日军二月二日渡过池河，四日占领凤阳；西路日军于二月一日渡过池河，五日占领定远。
日军强渡池河时，李宗仁为加强南线防守力量，急调东北军劲旅第五十一军南下增援。蚌埠守军于五日退向淮河北岸时炸毁了淮河大桥，但原停泊在南岸的数百艘民船未及时撤走，给了日本人充足的渡河工具。
此后，中日两**队在淮河两岸展开了一场拉锯战。
二月十日，日机二十余架轰炸小蚌埠，立即以炮兵进行火力准备，将北岸防御工事全部摧毁。
千余日军在炮火掩护下乘坐民船、汽艇等工具实施强渡。守军顽强抗击，两次击退渡河日军。
当晚十一点，日军进行夜间强渡，一度登上北岸，攻占小蚌埠。守军奋力反击，于十一日凌晨一时恢复阵地。
十二日拂晓，日军再次发动大规模强渡进攻，十时前后攻占小蚌埠，守军虽然全力反击，但小蚌埠终被日军占领。
与侵占蚌埠日军发动进攻的同时，侵占临淮关的日军亦发动强渡进攻。
十二日六时前后，日军突破晏公庙沿岸阵地，不久即占领梅园子、前坂子、新庄等地。守军浴血拼搏一整日，好不容易夺回部分阵地。但至十三日，日军后续部队陆续渡过淮河，守军伤亡惨重，终因兵力、火力不足，无力恢复及守住沿河岸的阵地，被迫撤至沫河口、年家庙之线。
由于淮河沿岸阵地多处被日军突破，许多守军部队因为军官阵亡而失去指挥，为集中力量，整顿部队，守军总指挥、第五十一军军长于学忠命令全军向淝河附近之何集、新马桥之线转移。
二月十五日，李宗仁将刚刚转隶第五战区的张自忠第五十九军调至固镇附近，接替第五十一军的防地，第五十一军撤至西寺坡车站一带休整。
第五十九军积极准备，此时日军第十三师团主力大部进至淮河以北，李宗仁命第三十一军由淮南铁路向上窑、凤阳，令新隶五战区之第七军由合肥向明光、定远实施侧击，同时要求空军支援，轰炸蚌埠、临淮关之敌，迫使日军将已渡过淮河的主力撤回淮南，加强蚌埠及津浦铁路的防守。
张自忠乘机于十八日调派一个加强团向小蚌埠之敌实施反击，经过艰苦战斗，成功收复小蚌埠，淮河以北日军全部撤回淮河以南。
二月二十日后，津浦路北段形势趋紧，日军开始由济宁向运河以西发起进攻。二十二日，李宗仁按照蒋介石的指示，电令张自忠即调赴临城待令，津浦路南段仍由于学忠的五十一军防守，暂时与日军隔着淮河对峙。
当南线战场中日两军在蚌埠地区淮河两岸进行激烈的渡河攻守战斗时，第五战区为防止北线日军乘机南下，遵照军事委员会的意图，采取以攻为守的战术，命令第三集团军向济宁、第二十二集团军向邹县、第三军团向蒙阴发动攻势。
此时济宁日军为第二军第十师团第八旅团三十九联队主力，约一千五百余人，大部控制于南关，城中守卫部队约四百余人，汶上日军为第三十九联队第三大队，约五百余人，第八旅团主力与第十师团司令部位于兖州。
第三集团军司令官孙铜萱于二月十日下令，命第五十五军由金乡向济宁南关之敌发起进攻，命第十二军第二十二师由定陶经巨野、嘉祥迂回至济宁以北的二十里铺附近，尔后向济宁北门进攻，协同第五十军军收复济宁城，命第八十一军对汶上之敌进行袭扰。
曹福林的第五十五军派出一部兵力前进至济宁西南安居镇附近运河西岸，进攻开始时仅以不到一个团的部队渡河，向济宁火车站及西关等地进行袭扰，并未以主力实施进攻，不久即为日军击退。
谷良民的第二十二师到达嘉祥以东的运河西岸后，部署以第六十四旅为主攻部队，第六十旅为预备队，随师部控制运河西岸。第六十四旅由大长沟通过运河木桥，于十二日佛晓前到达进攻出发位置。
根据事先侦查到的情况，本来预定天明后以小分队化装成百姓潜入城内，然后发起进攻，里应外合，控制城门，歼灭城内日军，但日军已有察觉，当天未开城门，不得已之下，第六十四旅只好展开攀城强攻。
十二日二十二时左右，第六十四旅开始用长梯多路同时攀城进攻，伤亡甚众，后在西北城角处击垮一段城墙，约九个连官兵从缺口突进城内。
日军指挥官将主力调入城中增援，首先以反冲锋控制了城西北角的缺口，切断城内外中**队的联系，然后向突入城中的部队发起围攻，双方在北大街及城西北隅关帝庙一带展开激烈的肉搏巷战，逐屋争夺。
突入城内的部队孤军奋战，弹药及人员得不到补充，血战一昼夜，至十四日佛晓，九个连勇士全部壮烈牺牲。
城北的第六十四旅残部，十三日夜二十三时接到司令官孙铜萱令其向运河西岸撤退的命令，在当地群众协助下，由北关外小道通过沼泽地转移至运河东岸，由第六十六旅接应，用民船渡过运河，到达西岸。
掩护撤退的后卫营损失惨重，营长战死，负责接应的第六十六旅长薛明亮也中弹负