第20 军团即命第52军和刚到的第75军围攻坂本支队。激战数日，给予日军以重创，使其救援濑谷支队的计划落空。
矶谷师团濑谷支队见救援无望，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。国军又展开街垒巷战，逐次反击，肃清敌人，夺回被日军占领的街市。
台儿庄包围圈里的巷战完全变成近距离白刃肉搏战，双方士兵尸体堆积成一座座小山，尸臭熏天。
1938年4月3日，台儿庄全庄三分之二已为敌有。我军仍据守南关一隅，死拼不退。日军电台宣称已将台儿庄全部占领。
但台儿庄外围全是中国军队，李宗仁在狭窄巷战地域内外夹击日本孤军的战略意图基本实现，促使火炮飞机明显优势的日军无法发挥重型武器装备特长。内有白刃巷战，外有大军围歼。
国军守卫台儿庄内街巷的第31师师长池峰城，部队损失殆尽，深觉如此死守下去，必至全军覆没。向孙连仲总司令请示，可否转移阵地，暂时退至运河南岸。孙连仲与李宗仁参谋长通电话请示，得到了参谋长严令死守，绝不许后撤的答复。
于是，孙连仲直接电话李宗仁：“李长官，是否让池峰城部暂时撤退到运河南岸，已经战死殆尽！”
李宗仁此刻心如铁石，对孙连仲说：“敌我在台儿庄已血战一周，胜利就在眼前，最终胜负取决于最后5分钟，不许后退半步，我将亲赴台儿庄前线，以身作则，宁死不退！”
孙连仲知道了李宗仁态度坚决，便说：“我军绝对服从命令，战至最后一人为止。”
孙连仲总司令挂断电话后，赶在台儿庄内亲自督战，向死守最后一点的池峰城师长说：“士兵打完了，你师长就去填，你填过了，我司令就去填，填完最后一人为止，绝不后退！”
第二天黎明之后，汤恩伯军团在濑谷支队后出现，台儿庄内的矶谷师团陷入重围。
4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6日，李宗仁亲自赶到台儿庄东门附近，亲自指挥部队进行全线反击，为表示与广大中国
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