3月25日清晨，敌机10多架向台儿庄上空轮番轰炸，炮兵向寨内射击，顿时台儿庄全城浓烟滚滚，木瓦横飞。这是敌人第二次攻寨的先兆。为此，师部作出应战部署，为争取主动，一八五团由北站向南洛前进，相机侧击进攻台儿庄之敌。上午10时许，该团先头第三营行抵刘家湖附近，发现该村东北方向的小松林设有敌人炮兵阵地，约有10多门炮正向台儿庄疯狂射击。营长高鸿立见状怒火中烧，决心夺取敌炮。全营官兵脱光上衣，端着上了刺刀的步枪，在高营长率领下，向小松林冲击。敌惊恐万状，一面以步枪向我高营狙击，一面拉炮车向东逃遁。高营官兵杀声不断，紧追不舍。在此关键时刻，突然在北面出现敌兵坦克车20余辆，步兵千余，正向台儿庄疾进，当他们发现其炮兵被我高营追赶时，即转向高营疾驰而进，我官兵素无对付坦克作战的经验，又无炸毁坦克的武器，敌坦克车横冲直撞，左突右攻，我军虽凭着杀敌勇敢，但无法抵挡敌人坦克攻击，部队被冲散，指挥失灵，官兵各自为战，与敌短兵相接，刀光剑影，异常惨烈，一八五团王郁彬团长闻报急率两营部队赶来增援。在滚滚的麦浪间，敌我双方拼杀激烈，不同的喊杀声，手榴弹的爆炸声，机枪的叫声，坦克车的轰隆声，刺刀的碰击声，交织在一起，是台儿庄战役以来最为惨烈悲壮的血战。整个战斗持续2个多小时。下午2时，第九十三旅旅长乜子彬率一八一团前来增援，掩护一八五团脱离战场。伤残疲惫的敌军亦趁机退去。
刘家湖战斗，敌我双方伤亡极惨重，我王团长弹穿大腿，张影波等两位营长阵亡，营长高鸿立头部负伤，连以下官兵牺牲1/2以上。这一战斗，我军虽付出了高昂的代价，但打乱了敌人进攻台儿庄的步骤。
上午10时，日军向我军南洛、刘家湖、邵庄阵地全线进攻，我官兵奋勇逆袭，激战至11时敌益猛攻，我伤亡甚众，邵庄、刘家湖均被敌冲入，我邵庄梁敬贤营长阵亡。11时半，敌进攻南洛，敌机7架凌空轰炸，12时，我军退守榆林。
下午，敌集中炮火猛攻台儿庄，北门、小北门被轰塌数丈。同时邵庄、园上敌人约六七百名向台儿庄猛扑，我官兵奋起反击，杀敌甚众，敌攻击更加猛烈。我官兵愈战愈勇，士气旺盛，喊杀震天，敌气益馁，逐退入园上，敌人进犯台儿庄又遭惨败。当夜，三十一师即调整部署，主守台儿庄和北站，这是我军台儿庄正面战场最重要的军事据点。因此该师以主要兵力分守各处，敌人来攻时，即左右侧击，决不使其进攻得逞。
26日上午，濑谷支队以第六十三联队全部兵力转向台儿庄，在6架飞机掩护下大举进犯台儿庄，并轰炸南北站，园上之敌在炮火掩护下继续攻城。城中烟火弥空，北门再被突破，日军陆续窜入，向东大街蚕食，我守兵塞于巷，抛瓦罐，掷家具，折栋倾墙以堵击，卒遏制敌之进展。下午6时，敌攻势始衰，城东亦大部陷敌手。
当台儿庄激战时，北站之攻守战亦甚激烈。由韩世俊一八二团守之。是日我军伤亡逾千。
26日，杜聿明第二○○师炮团奉调配属台儿庄各部队参加作战。该师的4个营，分别配属于台儿庄会战各部队，增强了战场上的防御能力。为歼灭自峄县南下协同刘家湖作战之敌，第二集团军总司令孙连仲下达命令，决定3月27日拂晓开始攻击，以刚刚来到前线的第二十七师为主攻部队。第二十七师系第二集团军冯安邦第四十二军所部，师长黄樵松，辖第七十九旅（旅长黄宗颜），第八十旅（旅长侯象麟）、师直属部队辎重营、工兵营、通信营及特务连、骑兵连。第二十七师的任务是占领台儿庄右侧地区侧击敌人，协助第三十一师确保台儿庄。
3月27日，第二十七师从台儿庄右翼向日军发起猛烈攻击，攻击目标直指刘家湖。上午5时，七十九旅开始攻击，6时攻占裴庄、孟庄，然后集中兵力围攻刘桥、刘家湖之敌。裴庄在刘家湖以东，孟庄在刘家湖东南，裴、孟、刘三村成三角地带，我军官兵异常奋勇，争先猛进，至7时击溃刘桥之敌，直接威胁刘家湖日军。我八十旅于上午5时30分开始向敌进攻，第一五九团郭金荣团长率部奋勇攻击，9时30分将岔路口、潘坠两村之敌驱逐，该团丁营将前枣庄、后枣庄、杨家庙、张楼各村之敌击溃，并予以占领。同时第一六○团刘营攻克邵庄（在刘桥以东），即将刘家湖之敌包围，毙敌甚众，我一六○团董营之两连亦加入助战，敌据寨顽抗，炮兵向我连续射击，坦克数辆往返冲击，激战至烈，双方伤亡均重。下午2时，日军步骑步五六百人，坦克7辆，在猛烈炮火掩护下，向孙庄、前枣庄、后枣庄（均在刘家湖北面）反攻，我官兵拼战不退，前仆后继，毫不退缩，黄樵松师长亲至雷草督战，官兵士气激昂，敌军且战且增，相持至晚7时，战况渐趋和缓。
日军见我二十七师攻击猛烈，即步炮协力猛攻台儿庄城寨。27日晨5时30分，日军以重炮10余门、飞机数架，集中火力向台儿庄进攻，北城垣时有倾塌，大小北门均被击毁，我官兵死伤甚众。6时30分，敌步兵六七百人在炮火掩护下向我猛扑，我官兵群情激奋，顽强拼搏，守大小北门之一八一团第三营官兵牺牲殆尽。在坦克掩护下，敌步兵300余名冲入寨内，我军被迫向街心区后撤，迅速占据一间民房，继续抵抗。我援兵适时到达，打退了敌人的进犯。这时台儿庄城内敌我各占其半，形成了台儿庄城内外攻防阶段。台儿庄街巷全部被炮弹炸毁的房屋所遮掩，全城尽成一片焦土废墟，白天烟雾蒙蒙，夜晚火光一片，枪炮之声，不绝于耳。我军与敌进行犬牙交错的巷战。战斗异常激烈，由街市的巷战，演进为同室而战、隔墙而战的“室战墙战”。这是台儿庄战役期间，我军官兵创造的人类战争史上的一大奇迹。
台儿庄为敌我争夺之要点。三十一师逐日激战，伤亡2800余，各部均残缺不全，池峰城师长立即对部队进行调整部署，决定先肃清台儿庄城内侵入之敌。下午3时40分，我台儿庄内攻击队由王冠五督率开始总攻。日军据民房顽守。台儿庄居民多垒石为墙，每一住宅即一所“碉堡”。我占据则可守，敌占据则负隅顽抗，故台儿庄内攻坚战十分艰巨。尤其是我军无平射炮，又无坦克，无法组织反击。此次攻坚实际是以士兵血肉之躯与敌死拼，故伤亡重大，而收效甚微。对大庙之攻击更为困难，因大庙位于北门内北街尽头水塘旁，大庙以西的民房距城墙有数十米的空地，地势低洼，以大庙为据点，可以凭借有利地势防守，我军进攻时无任何有利之地形可供利用。考虑到这种情况，进攻开始时，禹营长当即采取火攻，以纵火焚烧敌据守之大庙及碉楼，顿时一支支火把投向敌阵，形成层层火网，对敌威胁甚大，我亦牺牲甚众。
当日军炮火猛攻台儿庄、敌我双方在寨内激烈巷战之际，蒋介石再次莅台视察，鼓舞士气。
3月28日，第三十师开抵车辐山（运河南岸台枣支线上），加入台儿庄中央战场。师部进驻台儿庄西侧的顿庄闸，第五十九旅及第一七七团驻范口，一七五团驻龚庄，第四十四旅部命驻龚庄，其第一线在鱼鳞、板桥一带，与三里庄之敌对峙中。
28日，第二集团军为确保台儿庄之目的，以一部固守城寨，以主力实行机动战，击破敌人。上午5时，第二十七师郭金荣团长率所部猛攻刘家湖，5时30分，该师杜幼鼎团长亦率所部猛攻邵庄、前园村、汶上之敌，我官兵奋勇进击，将公路以东之敌渐次压迫于铁道以西地区，但敌仍凭各村落据点顽强抵抗。7时30分，杜团第九连击溃邵庄之敌，占领了该村。我郭团亦进攻到了刘家湖寨边，战况十分惨烈。敌我伤亡均重。10时，敌骑二三百余向黄庄、张楼等村前进，坦克数辆亦由岔路口北端绕攻我郭团第一营阵地，战至下午2时，双方呈对峙状态。下午3时，日军集中炮火向我杜团所占之邵庄、孟庄等村（均在刘家湖东面）阵地猛烈攻击，我军伤亡奇重，仍沉着应战，屹然不动。是役，我官兵伤亡400余名。
同时，台儿庄城内我三十一师守军于上午6时以迫击炮之密集火力猛攻大庙及碉楼。大庙之敌极为恐慌，以掷弹筒应战，我民房多处被烧，各攻击队冒火出击，顽敌死抗，巷战激烈进行，一墙一室之争夺十分惨烈，敌我均难得手。
上午7时，日军重野炮20余门向北站及台儿庄轰击。8时40分，日军步兵四五百人逐渐迫近台儿庄北门，并陆续增加，计有步兵第六十三联队（约两个大队）、独立机枪第十大队、轻装甲车第十中队、中国驻屯临时战车中队（中战车七、轻装甲车五）、野炮兵第十联队第一大队（缺第一中队）、野战重炮兵第二联队（缺第二大队）、中国驻屯炮兵联队的一个小队（十五厘米榴弹炮二）、工兵第十联队第一中队一个小队。我官兵沉着应战，静观敌军行动，待敌迫近时，突然发起反攻，以猛烈炮火射向敌阵，杀伤甚众。9时，日军以纵深队形向我大举进攻，双方激战多时，我韩团预备队消耗殆尽，袁团刘营火速增援北站，奋力迎击，将敌击退。
晚8时，日军再次大举进犯台儿庄，城内之敌亦开始反攻，台儿庄城内巷战激烈进行，火光四起，通讯中断，我官兵陷于苦战中。
28日，我空军派出战斗机9架飞临台儿庄上空。空军第三大队第七、八中队奉命担当此任。该大队原是广西在30年代建立的地方空军，他们的飞行、机械人员平均年龄不过23岁，尽是风华正茂、血气方刚的青年。广西空军在卢沟桥事变后被改编为中央空军。改编后每人的级别都比原来降低一级。但人人心中只考虑如何为国杀敌，对个人利益均不计较。他们接受苏联飞机的训练，并全部装备苏式“伊-15”式战斗机，执行空防任务。
七、八两个中队凑足9架飞机，由新任副大队长林佐率领，支援台儿庄空战。这次空战，以轰炸机为主，战斗机只担任空中掩护，不进行对地攻击。轰炸机由两个中队分成两个梯队，从河南周家口机场起飞，经归德上空与第七、第八两战斗机三个梯队会合，飞往徐州以北峄县、枣庄一带，轰炸敌人后续部队（苏联志愿队使用开封、砀山机场配合作战）。
我国飞机突然在台儿庄上空出现，使敌我双方都没有思想准备。敌人误认为是他们的飞机，立起欢呼，并出示敌我前线位置。抗战以来，三十一师官兵在前线从未看见过我国的飞机，故飞机之来，照例是俯下掩蔽，当飞机低飞从头顶上掠过发现是我国的飞机时，我官兵顿时无不欢呼雀跃，扬眉吐气，勇气倍增。
轰炸和投弹完毕，第七中队队长吕天龙发现敌军阵地上空有敌机1架，是双座侦察机，正在执行侦察任务。吕队长当即向敌机俯冲攻击。敌机驾驶员刹那间慌了手脚，一时操纵过猛，飞机突然“失速”，轰隆一声倒栽在地上，自取灭亡。
此时，吕天龙的座机突然发生一阵抖动，随即一颗子弹从下方射穿吕天龙右手掌，血流如注，疼痛异常。顿时右手无力，无法继续操纵驾驶杆。当时飞机随时都有撞地可能。情况万分紧急，吕天龙忍住剧痛，用左手抓住驾驶杆，加大速度冲出敌阵上空。
3月28日晚8时，李宗仁电蒋介石报告了五战区李明扬游击队攻占临城的情形。是役毁敌辎重甚多。
3月29日晨，第二集团军总部召集军师旅长、炮兵团长会议，会议明确地划分台儿庄左、右两翼战场，由三十师与二十七师分别担任，而三十一师仍守台儿庄、“独自为战”，为台儿庄中央战场。这表明台儿庄保卫战，不是消极地避城死守，积极的攻势防御的阵地战体系已正式形成。
同日，军令部林蔚次长转蒋介石谕：“台儿庄屏障徐海，关系第二期作战至巨，故以第二集团军全力保守，即有一兵一卒，亦须本牺牲之精神，努力死拼，如果失守，不特该军官兵死罪，即李长官、白总参谋长、林次长亦当严办。”
第二集团军受谕后，当将蒋介石谕传令各部队官兵，表示“为保持
本军过去之历史，即牺牲到最后一滴血，亦奋斗到底”。
29日晨5时，台儿庄中央战场，王冠五旅长督率一八六团攻击大庙及东南之敌，康法如副师长督率袁有德团攻击西北城角之敌，巷战激烈，6时，顽敌被驱入大庙及东南西北各碉楼内，敌边退边纵火燃烧，阻我前进。
10时，日军猛攻台儿庄北门，城内房屋多有倒塌，城内之敌乘机向城外扩张，我军内外防守，努力堵击，敌之企图未能得逞。
夜11时，城西北之敌企图夺我西门，遂又开展巷战，各部队均固守原巷战线，坚强抵抗，敌未得逞。
台儿庄右翼战场，29日3时半，二十七师向敌开始猛攻，击溃裴庄之敌并占领该庄，又乘势向邵庄猛烈进攻，毙敌极众，已占领邵庄大部。残敌退据碉楼顽抗，并集中炮火向我已占之裴庄、邵庄及附近村落猛烈轰击，同时发射多枚燃烧弹，将我军所占之房屋轰毁多处，我官兵利用颓垣断壁与敌抗争，虽然伤亡奇重，但屹然未动。此时杨团攻击部队已将园上之敌击溃，残敌退据碉楼顽抗。
是役，我伤亡官兵300余名，毁山炮4门，战车防御炮2门，我占领之岔路口、潘坠、前枣庄、后枣庄、邵庄、裴庄、孟庄等村，悉被敌炮轰毁殆尽，敌人伤亡约在300名以上。