在這場阻擊戰中，國民黨軍隊雖然投入了5個軍的兵力，但是主力是放在中路的號稱五大主力之一的第五軍。我軍擔任正麵阻擊任務和五軍對抗的，是華東野戰軍七縱、十縱和十一縱。
邱清泉指揮的第五軍是蔣介石的五大主力之一，是國民黨部隊所組建的第一個全部美式機械化軍，這支被稱為“天之驕子”的部隊在杜聿明任軍長、邱清泉任師長時，在1939年的廣西昆侖關之戰中，擊敗了日寇王牌軍第五師團二十一旅團，擊斃日寇4000餘人（占該旅團的85％），威震全國，奠定了第五軍在整個國民黨軍隊中不可動搖的主力軍地位。後來在遠征緬甸時，又屢建奇功（聞名中外的中國遠征軍的英雄戴安瀾就是第五軍二○○師師長，在戴安瀾師長的追悼大會上，毛澤東、周恩來、朱德、彭德懷分別送了挽詩、挽詞或挽聯，2009年由中共中央宣傳部等11個部門聯合組織評選“100位為新中國成立做出突出貢獻的英雄模範人物”，戴安瀾名列其中）。在參加內戰之後，第五軍由於裝備好、火力強，雖然在钜野戰役、孟良崮戰役、豫東戰役中連續幾次敗在劉伯承和陳毅手下，但是尚未受到我軍的毀滅性打擊，還保存了相當實力，故而攻擊意識還相當強。加之在國民黨軍隊中以作戰悍勇著稱而有“邱瘋子”之稱的邱清泉在蔣介石和杜聿明的督促下還組織了督戰隊和敢死隊，所以曾經幾度對我軍造成了不小的壓力，給我軍帶來了不小的傷亡。孫莊之戰就是其中的一例。
11月16日，第五軍四十五師在師長郭吉謙的指揮下，沿隴海路向東進攻，在鐵路以北的孫莊受到華野十一縱的頑強抵抗。十一縱守孫莊的是一個團，全團戰士在團長邢永生、政委龍飛虎（這就是在革命回憶錄中多次見到的那位曾經長期擔任毛澤東和周恩來警衛與副官的龍飛虎，1948年5月他要求到第一線殺敵，故而來到了華野）的率領下，堅守陣地一天一夜，沒有後退一步。四十五師先用一個團，以後增加到三個團，在空軍不停的轟炸、掃射支援下反複衝擊，可是孫莊就如鐵釘釘在木板上，絲毫不動。邱清泉親自來到陣地督戰，也無任何效果。17日，杜聿明也親自登上苑山督戰，看他最得力的老部下邱清泉有何辦法。在炮兵用大大小小的高爆彈、殺傷彈、凝固汽油彈、黃磷燃燒彈的強轟與燃燒之後，敢死隊衝進去又被解放軍的步槍、機槍、手榴彈、迫擊炮組成的火力網打了出來，反複十幾次。邱清泉的雙眼殺紅了，下令郭吉謙以“拿下孫莊，士兵重賞大洋30塊，軍官連升3級”的誘餌組織了整整兩個營的敢死隊，以100輛美製35噸謝爾曼坦克打先鋒，敢死隊在後跟進。這時的孫莊裏邊先是一片寂靜，突然間，從殘垣破牆之中衝出了一隊隊負傷掛彩的解放軍官兵，前邊的手中抱著炸藥包，在地上滾動前進，然後就緊貼著坦克拉響了炸藥包。有的戰士則是爬上坦克，掀開坦克的頂蓋，將手榴彈塞進坦克的駕駛艙，然後死死壓住坦克頂蓋，讓手榴彈在坦克內炸響。在一陣陣爆炸聲中，手持刺刀的解放軍官兵跟坦克後麵的敵敢死隊拚刺刀，幾百把刺刀竟把敵人的兩個營敢死隊全部趕了下去。這支拚刺刀的隊伍是這個團的全部指戰員，隻要還能和敵人拚的全都上來了，從團長、政委到炊事員、飼養員，全部投入了和敵人的肉搏戰。五軍用重金買來的敢死隊員硬是被我軍基本上是傷員手持的刺刀嚇退了。邱清泉眼見他最後的一手也在杜聿明的麵前失靈，氣得命令敢死隊後麵的督戰隊“給我掃死這些廢物”！在邱清泉的命令下，督戰隊的重機槍當著杜聿明的麵掃射了起來，退出孫莊的敢死隊員一片一片倒在了村外。
當杜聿明站在苑山上看著被硝煙與烈焰吞沒的孫莊時，曾經這樣說道：“共軍呀共軍，你就是一塊鋼鐵也該熔化了，就是一塊頑石也該粉碎了！”可是這時他卻不能不說：“這是些什麼部隊，難道說他們不是血肉之軀！”
我華東野戰軍的指戰員就是以這樣的大無畏精神，打得邱清泉不敢輕舉妄動了，李彌也跟著邱清泉停了下來。粟裕根據整個戰場上的局勢判斷，圍殲黃百韜兵團已經有了把握，阻擊邱清泉兵團和李彌兵團也已成功。可是，粟裕還想在運動中消滅敵人更多的有生力量，不可能就這樣讓邱清泉和李彌輕鬆地停下來或者縮回去，讓其實力保存下來。這時，毛澤東也電示粟裕，可以將原來“阻援打黃”的打法改變為“圍黃打援”。11月17日，粟裕采取了一個大膽的誘敵深入的行動，他命令3個阻援縱隊有意從雙樓、前場、狼山一線向東後撤，給敵人一個我方力量已經削弱，不得不後撤的假象。用這一假象將邱、李兵團向前拉動，使其遠離徐州老巢，以便我軍在阻援的同時更多地加以消滅。我軍這一後撤，果然使劉峙和杜聿明上當，誤認為邱清泉和李彌已經取得了決定性的勝利，誤認為他們的援救計劃即將成功，一方麵向蔣介石上報“徐東大捷”的“喜訊”，一方麵命令邱清泉和李彌發動“全線追擊”。可是我軍根據粟裕的指示，事先就做好了在敵人追擊中殲滅敵人的充分準備，誘敵深入，在運動中與敵人激戰一晝夜，退至小塔山、大許家、小朱莊、白塔一線之後就築好陣地，再不後退一步，再次打響了阻擊戰。
這一晝夜的戰鬥，消滅的敵人比前四天總計還要多，在不到一周的時間中，敵方兩個增援兵團的一線部隊均已傷亡過半。
邱清泉無法前進，李彌更是無法前進，這兩個兵團一直打到黃百韜兵團覆滅為止，也未能越過大許家一線，與黃百韜兵團就隻隔不到15公裏的距離，槍炮之聲相聞，卻隻能眼睜睜看著黃百韜兵團被消滅。