庄驰援，到达向城、爱曲地区，侧击第20军团。该军团即命第52军和刚到的第75军围攻坂本支队。激战数日，予日军以重创，使其救援濑谷支队的计划落空。
矶谷师团见救援无望，决定以死相拼，一个个杀红了眼。国民党军队虽以5倍的兵力围攻，并付出极大的伤亡代价，但难以将敌人消灭，战争一时呈胶着状态。
4月3日，李宗仁下达总攻击令。第20军团汤恩伯部之第52军、第85军、第75军在台儿庄附近向敌展开猛烈攻势。日军拼力争夺，占领大部分街市。国军展开街垒战，逐次反击，肃清敌人，夺回被日军占领的街市。
次日，中国空军以27架飞机对台儿庄东北、西北日军阵地进行轰炸。当晚，日军濑谷支队力战不支，炸掉不易搬动的物资，向峄县溃逃。
4月7日凌晨1时，第五战区吹响了反攻的号角，以孙连仲第2集团军为主组成的左翼兵团和以汤恩伯第20军团为主组成的右翼兵团在台儿庄及其附近地区大举反攻。一直防守遭攻的孙连仲部，听说反击，神情振奋，命令一下，杀声震天。
双方便展开了巷战、肉搏战，一时间，台儿庄城内枪林弹雨，血流成河。日军头一次遭到了国民党军队的如此顽强进攻，很快便溃不成军。台儿庄北面，枪炮声渐密，汤恩伯军团已向敌人开火。矶谷知已陷入反包围圈，开始动摇，下令部队全线撤退。此时敌军已成强弩之末，弹药汽油也用完，机动车多被击毁，全军丧魂落魄，狼狈逃窜。李宗仁命令部队猛追，敌兵遗尸遍野，各种辎重到处皆是，矶谷本人率残部拼命突围。
激战4天，国军重创日军濑谷支队、坂本支队，其余日军残部于7日向峄城、枣庄撤退。是役，在李宗仁的亲自指挥下，击溃日军第5、第10两个精锐师团的主力，歼灭日军2万余人，缴获大批武器、弹药，严重地挫伤了日军的气焰，是国民党战场在抗战初期取得的一次大胜利。
消息传来全国振奋，此战极大地增强了全国军民抗战必胜的信心，鼓舞了抗日军队的士气，用胜利的事实证明了“亡国论”是没有根据的。
同时，台儿庄战役的胜利，改变了国际上对中日战争前途的看法。抗战爆发以来，国际上对中国抗战的前途大多抱悲观的看法。台儿庄战役胜利的消息传出，有的国家甚至不敢相信。这次胜利提高了中国在国际上的地位，并为争取外援增添了有利条件。
不过当漫天都是台儿庄大战胜利的消息的时候，是有人喜有人忧，喜的人自然是蒋委员
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