白崇禧走後不久，周恩來又把張愛萍找來，告訴他：“我同白崇禧談過此事，現派你再直接向李宗仁做工作。”張愛萍領命去辦。
３月１３日，日軍磯穀師團從棗莊進犯台兒莊。台兒莊是山東最南端的一個小鎮，地處京杭大運河的北岸，與江蘇省隔河相望。台兒莊與西北兩個火車站形成鼎足之勢，成為重要的物資集散地和兩省交通咽喉，是兵家必爭之地，古有“天下第一莊”之稱。
白崇禧來到軍團司令孫連仲設在運河南岸的隱蔽指揮所，看到李宗仁全副戎裝，精神奕奕，上去一把拉住他的手，道一聲：“你辛苦了！”
李宗仁點點頭：“為黨國效忠，在所不惜！”接著又說，“保衛徐州很關鍵，關係到隴海鐵路、津浦鐵路和武漢的命運。”
一坐下，白崇禧就把行前與周恩來交談的情況告訴李宗仁：“周恩來主張把陣地戰和運動戰緊密結合，集中優勢兵力把日寇殲滅在台兒莊。”
李宗仁一直在沉思。談到最後他突然揚起兩臂，近乎喊叫地說：“這個主意好哇！周先生真是慧眼，看準了日本孤軍深入這一弱點。”說著說著，他又皺起眉頭：
“如果日軍東上徐州呢？”
“李司令不必憂慮，”白崇禧胸有成竹，“周恩來已經命令新四軍張雲逸部隊在津浦線南端，協同李品仙集團阻敵東進徐州。我們要積小勝為大勝，以空間換時間呀！”——這最後一句話是出自毛澤東的《論持久戰》。在武漢，周恩來曾向白介紹過毛澤東《論持久戰》的基本思想。白崇禧腦筋一轉，將此精神摘成兩句話：“積小勝為大勝，以空間換時間。”征得周的同意，他又向蔣介石轉述，經蔣批準，由軍委會通令全軍作為對日作戰的最高戰略方針。
果然，日軍麇集台兒莊，雙方展開大戰。一時間，小鎮硝煙彌漫，血肉橫飛。４月３日，戰鬥進入白熱化的膠著狀態。城裏幾乎沒有完整的房子了，到處火光衝天。
街道每隔兩三米就有一處工事，雙方用刺刀拚了十多次肉搏，四周屍橫遍野。中午時分，堅守在前沿陣地的三十一師電訊聯係突然中斷。徐州方麵急電蔣介石。
前幾天，蔣介石陪宋美齡吃了幾天西餐，覺得很不舒服，他滿口假牙隻能吃酥軟食物，今天又恢複老傳統：上了四菜一湯，一碟腐乳，一碟臭冬瓜。他獨自一個吃得正得勁，背後一聲報告，他停了筷子，拿手絹擦擦嘴角，並不轉頭，隻是等待著。進來的是居副官，他把公文夾遞到蔣介石手裏：“先生，這是剛從徐州來的急電。”
蔣介石一愣，急忙翻開公文夾閱讀。神色陡然一變，臉若冰霜，渾身僵硬。突然，他狠狠地把公文夾往桌上一擲，手一揚：“居副官，馬上通知侍衛長準備飛機，飯後飛徐州！”
“是，我馬上去辦！”居一僑敬禮，轉身走出餐室。
收拾停當，蔣介石一行秘密飛往徐州。
“委座，我已下令戰地前沿指揮官乘勢反擊。”李宗仁向蔣介石報告戰況，“命令軍團長孫連仲、湯恩伯、關麟徵、盧漢率軍支援。目前，大本營與台兒莊的電訊仍未接通。”
蔣介石穿著草綠色呢軍裝，腰間佩著“軍人魂”短劍，深邃莫測的眼光注視著李宗仁：“前線尚在激戰，最好派人去慰問聯係。”
“委座，派我去吧，”居副官自告奮勇，“前麵的指揮員我都熟悉，讓我去前線吧！”
“好！”蔣介石驀地激動起來，“把戰況快快報來！”
台兒莊前線的電話線都鋪在地麵上，不用杆子，怕敵機發現轟炸。但地麵電線還是時常被截斷。後來捕獲了幾隻絲毛小洋狗，才知道日軍專門訓練小軍犬，用來咬斷電話線，使聯絡中斷。
台兒莊激戰之烈，前所未聞。常常是一個整營整團地上去，又整營整團地犧牲。
局勢最嚴重的一天，大約是４月１４日的夜晚，前線指揮官池峰城給軍團司令孫連仲打電話，說傷亡太大，要求撤退。孫連仲翻身下床，眼睛瞪得大大的，一麵大踏步地走向參謀辦公室，一麵嘴裏嘮叨：“真是，真是……這家式（孫對部下的慣用語），他敢，他敢？”他拿起電話對池峰城喊：“我告訴你，台兒莊關係戰局十分重大，你馬上率領你師部的人員進城去增援，我也馬上帶領總部的人員跟著上去。士兵打完了，你就自己填進去，你填過了，我就來填進去！有敢退過河者，殺無赦！”
池師長乃以必死之心，逐屋抵抗，任憑敵人如何衝殺，也死守不退。在最後五分鍾，突然乘夜出擊，敵人數驚，亂作一團，局勢頓時改觀……
另一個可歌可泣的故事是：軍長張自忠在兼任北平市長時，外界不明真相，以為他是賣國求榮的漢奸，非議頗多。他忍辱負重，來到五戰區，重任五十九軍軍長，李宗仁對他以誠相見，使張由衷感激。可事又湊巧，在臨沂告急時，要他馳救的正是他最不願碰麵的四十軍軍長龐炳勳。原來，張自忠和龐炳勳都是馮玉祥的部下，在軍旅中，彼此視為兄弟。但１９３０年在蔣、馮、閻中原大戰中，龐被蔣介石收買，陣中反戈，並且突然襲擊張自忠的師指揮所，張險遭不測，從此兩人反目為仇。臨沂戰前，張曾對李宗仁表示：在任何戰場皆可拚死一戰，唯獨不願與龐炳勳在同一戰場作戰。李宗仁也考慮到這點，準備讓張去淮北。可此時龐部為日軍所困，第五戰區除張部外無兵可調。李宗仁隻得對張自忠說：“你和龐炳勳有宿怨，我甚了解，頗不欲強人之難。不過以前的內戰皆為私怨私仇。龐炳勳現在前方浴血抗戰，乃屬雪國恥，報國仇。希望你以國家為重，受點委屈，捐棄前嫌，我今命令你即率部，在臨沂作戰。你務要絕對服從龐軍團長的指揮，切勿遲疑，貽誤戰機！”張自忠得令，二話沒說，當即表示：“絕對服從命令，請長官放心！”