汤恩伯第二十军团是中央军。该军团指挥第十三军（军长汤恩伯兼，辖第一一○师，师长张轸；独立骑兵团，团长李之山），第五十二军（军长关麟征，辖第二师，师长郑洞国；第二十五师，师长张耀明），第八十五军（军长王仲廉，辖第四师，师长陈大庆；第八十九师，师长张雪中），共7.2万人。这支部队兵多械良，在台儿庄众多的部队中是一枝独秀的佼佼者。
汤恩伯，原名克勤，浙江省武义县人，1899年9月20日生。日本陆军士官学校毕业。1937年卢沟桥事变后，汤恩伯奉调率所部第十三军自绥远开赴南口阻止日军的进攻。南口之役历时18天，我军死伤1.5万人，演出了抗战以来华北战场最悲壮的一幕。汤恩伯也赢得了国人的尊重，升任第二十军团军团长。
1938年3月中旬，鲁南前线告急，第五战区司令长官李宗仁于14日下午2时电令第二十军团：敌于津浦北正面增加兵力，大举反攻，以牵制我鲁南之作战，邓部兵少械劣，正面薄弱，两翼空虚，恐难拒敌。已电呈委座调贵军团八十五军驻商丘一整师，由火车输送至滕县附近，作二十二集团军之总预备队，望即出动为荷！
第二十军团奉命后，于14日下午4时电蒋介石，请求用该军团全力向津浦北正面出击，避免分割使用，不致分散力量，于指挥上造成困难。当晚9时奉蒋介石电令：为策应津浦北正面作战，该军团所属第八十五军即晚准备商丘乘车，经徐州向临城输送，务于17日拂晓前到达临城集结完毕。第五十二军即开商丘集结待命，该军团长先到徐州指挥。
15日清晨，汤恩伯从亳县抵徐州，接受李宗仁指示。随后，汤恩伯命令各部向抱犊崮山区集结。
23日，第八十五军以第四师向科拉岗、云谷山，第八十九师向猪山、神山一带推进，并对峄枣方向占领阵地。第五十二军到达洪山镇、兰陵镇后，于当晚向傅山、青山一带推进，并对峄县方向占领阵地。至此，汤军团为从侧背攻击峄县、枣庄之敌，开始进击抱犊崮山区。
抱犊崮位于峄县北部30余公里，枣庄以东15公里，东靠苍山，西邻滕县，北接费（县）平（邑），南近枣庄。抱犊崮山区有大小山头千余座，山体连绵，地势险峻，易守难攻。汤恩伯率第二十军团7万余大军进驻抱犊崮山区二三十个村庄，出没于抱犊崮，对枣、峄日军构成了严重威胁。
3月24日，汤军团第八十五军、第五十二军分别向枣庄、峄县之敌发起进攻。日军进犯的锋芒，在津浦线或台枣支线上都被我军阻遏。但汤恩伯对日军第五师团抄断我背后，破坏我围攻枣、峄之计划却不敢忽视，特意派军团参谋处长苟吉堂星夜兼程赶往临沂探访张自忠、庞炳勋两将军，商议合作办法。结果，决定由汤军团立即拨给步（枪）机（枪）弹药40万发，以增强张、庞两军的作战力量；张、庞则保证在临沂拦住第五师团，以掩护汤军团对枣、峄之攻击。
25日，为牵制枣峄日军进犯台儿庄，汤恩伯军团长利用对枣峄东北抱犊崮山区的控制，反击日军，演成了枣、郭争夺战。是日凌晨2时，第八十五军陈大庆第四师在八十九师掩护下，自马山、卓山、黄山三面包围枣庄。先是在枣庄以东发生激战，我第四师猛烈冲锋，日军不支，向枣庄后退。枣庄中兴煤矿公司是日军的重要据点，驻有第十师团濑谷支队一个大队（配坦克15辆，炮7门）据守。枣庄是鲁南著名的产煤区，中兴煤矿有多年的采煤历史，民国大总统黎元洪曾投资60万元，并担任过该公司的董事长。日军在该公司的四角筑有4个很坚固的碉楼，并设外壕电网，不易攻击。我军发起攻击之时，矿警多不附逆，有10余人自动加入我军充当干探，予第四师极大便利。经数小时激战，于上午8时攻克中兴煤矿公司的水塔及矿场东北的3座碉楼，枣庄的3/4为我军攻占，仅有南面一座碉楼为敌人控制。
26日，我军乘胜猛攻，在中兴煤矿公司同日军进行猛烈之巷战，我缩小包围圈，敌死守公司内中兴中学负隅顽抗，我军当即焚毁该校，同时在各出入口处架设机枪，防止敌人突围而出。日军大部被焚毙，残部突围时，被我军击毙一部，其余为我军所虏。枣庄一战，是王仲廉第八十五军在台儿庄对日作战中第一次漂亮的攻击战。
当王仲廉第八十五军在枣庄传出捷报时，关麟征第五十二军打响了夜袭郭里集的战斗。
24日晨，第五十二军左、右两个纵队自向城出发，分别向郭里集、鹁鸽窝之线前进。下午2时，关麟征电告汤恩伯：本晚第二十五师担任攻略峄县城、潭山、苗庄、野葛埠一带，第二师控置于黄山、杜家沟，准备策应二十五师之作战，另派一部对临沂方向警戒。五十二军军部进驻鹁鸽窝。当夜，军部率第二师到达郭里集地区。
郭里集在枣庄以东5公里，峄县东北9公里，是一个比较大的村寨，周围筑有几个碉楼，其中一个坚固的大碉楼位于村寨的东北角，为日军第十师团濑谷支队赤柴第十联队第二大队盘踞。赤柴联队亦称“沂州支队”，是奉派到临沂方面支援第五师团坂本支队的。
24日夜，从临城出发的沂州支队到达郭里集。午夜时分，我第五十二军张耀明第二十五师张汉初第七十三旅潜入郭里集，准备进攻野葛埠，不料郭里集先有敌军盘踞，幸敌疏于警戒，我攻击部队未被发觉，张汉初旅长即令所部将该村严密包围，施行火攻。日军毫无准备，从梦中惊醒，见火光冲天，四散逃命，我军用机枪扫射，敌尸遍地。次日清晨，我军继续攻击，同日军在郭里集内展开巷战，旋我军高鹏团转移阵地，日军紧追，并以战车堵住街道的进路，连长张闻声率战士爬上墙头，日军也攀登屋顶，敌我双方互掷手榴弹，酣战两小时，敌军40名全部战死，我军张连仅剩连排长各1人。我军冲出了敌人的封锁，村内敌军不敢追击，只发炮射击。
第五十二军郭里集之役，给濑谷支队以迎头痛击，使敌军误以为汤军团要同他们决战，因此濑谷支队主力在郭里集、峄县附近停留了五六天，不敢南下，以避免遭受我军从东北面侧击其背，而先以一个步兵大队和炮兵大队向台儿庄攻击，过了3天才令其福荣第六十三联队主力南下作战，直到3月30日濑谷支队主力始由郭里集出发，向台儿庄前进。
3月27日，汤恩伯根据情报，判断日军第十师团主力确已接近总攻台儿庄，于当晚令五十二军与孙集团军协同夹击台儿庄犯敌之任务；令八十五军拊枣、峄之敌背，掩护五十二军之攻击行动。
各军奉命后，即在风雨交加之黑夜从抱犊崮山区出发，向指定的方向前进。汤恩伯则率军团司令部跟踪于抱犊崮神山一带。命令发出后，汤恩伯为了更加有力地协同孙集团军作战，又派参谋处长苟吉堂连夜冒雨赶往女峰山方面去追寻五十二军关麟征将军，传达补充命令。
汤恩伯军团在抱犊崮山区时刻严密注视着枣、峄之敌的行动，发现日军主力从枣、峄南下进犯台儿庄时，命令各军师迅速离开抱犊崮，拊敌之背，联合孙集团作战。
3月29日，根据汤恩伯的命令，关麟征率第五十二军由女峰山经兰陵镇向台儿庄东北沙江凹转进，展开于腰里徐、柿树园之线猛烈进攻，自峄县南下犯台儿庄之敌在马庄、大庄、张楼、贾家埠一带顽抗。王仲廉第八十五军占领平山、傅山、石城岗、女峰山一带高地，一面对临沂方面搜索警戒，一面向峄县佯攻，以掩护五十二军之两侧背。
同日，汤恩伯军团奉战区司令长官李宗仁28日夜12时电令称：“台儿庄方面孙集团陷于胶着状态，敌我均在困难中，贵军应为有力之援助迅速南下夹击之。”
30日拂晓，汤军团各部先后到达兰陵镇、青山、石城岗附近集结。晨6时，军团以电话命令五十二军应先以一部在腰里徐、柿树园一带占领阵地，掩护该军之进出，主力于黄昏前在甘露寺附近就攻击准备位置，即向南洛、北洛敌之侧背攻击，与孙集团切取联络，并以有力之一部破坏台儿庄、峄县之交通；第八十五军应以主力于本晚向峄县之敌佯攻，以牵制当面之敌，掩护五十二军右侧背。上午11时，五十二军向官庄、河湾、大庄、马庄之敌攻击，至下午4时，将以上各村完全占领。敌退据郝庄、贾家埠、小集、张楼一带。同时，我军一部由獐山、天柱山附近向敌背后突袭，主力亦由右翼续行猛攻，激战至日暮，即攻至贾家埠附近，敌退守兰成店、小集一带与我军对峙。
下午7时，关麟征军长向台儿庄三十一师发出通报：军以任务关系，不克及时南来，殊引为憾，现奉命以全部攻击台儿庄敌之侧背，卅日午后可与敌接触。我辈铁血男儿，决当与敌一拼也。
当晚，汤恩伯军团长奉到李宗仁30日晚8时命令第二十军团迅速南下：敌主力似南下，其一部绕出台儿庄东侧二十七师背后，另一部企图由万里闸方面渡河包围孙军后方。着贵军团长以一部监视峄县，亲率主力前进，协同孙军肃清台儿庄方面之敌。并限世（31）日拂晓到达，勿得延误为要。
31日凌晨，五十二军发起总攻，经12个小时激战，至午后3时先后攻克马庄、大庄、张楼、贾家埠、小集、兰成店、三佛楼等地，全线进展4公里，收复村庄10余座，枣台支线已唾手可得。
同日，八十五军为配合五十二军主攻，由水湖、王庄一带向峄县佯攻，至午后2时，该军第八十九师大部越过峄县东北之马山、九山，迫近峄县东郊。同日午后3时，军情突然变化。汤恩伯军团长得到第十三军独立骑兵团李之山团长在向城东北地区的报告，据称：由临沂方面向台儿庄方面开来的日军2000余人，在飞机掩护下，进犯向城，该团已力不能御，请求注意侧背安全。另据王仲廉军长的电报，说该军原置于九峰山、平山、傅山、石城岗一带的主力，自是晨应十三军独立骑兵团的要求，已派第八十九师出击，迄午后2时，击溃了窜到向城东郊的日军七八百人，旋又直扑向城以东之玉楼、梧桐村一带，击退了近千名日军，唯进至邵家庄以后，被2000余名顽敌所阻，双方相持不下。
李团长和王军长所称来自临沂的日军，均系板垣第五师团坂本支队。
坂本支队为板垣旧部，去岁与汤军大战南口之对手。该支队由担任山东莒县的片野支队改编。1938年2月23日，板垣师团长将片野支队编入步兵第二十一旅团长坂本少将指挥之下，称为坂本支队。坂本支队的基干兵力为：步兵第十一联队（缺一个大队），步兵第二十一联队（缺一部分），步兵第四十二联队之一个大队，野炮兵第五联队主力（2个大队基干），山炮兵一个中队。坂本支队于3月5日攻占汤头镇，随后攻击临沂，因受我军抵抗，未能取得进展。3月27日起，坂本支队攻击临沂城，占领了临沂城周围的村庄，由于受到我军的顽强抵抗，直到29日尚未能攻占临沂城。日军第二军因第十师团濑谷支队方面战况紧迫，于3月29日下令第五师团援救濑谷大队。板垣师团长遂令坂本支队暂停进攻临沂，往援濑谷支队。坂本支队在临沂附近留下两个步兵大队，支队主力（步兵4个大队、野炮2个大队为基干）从29日夜开始自临沂撤兵南下，在向城附近与汤军团相遇。坂本支队以向城为据点，增援濑谷支队。向城至临沂60公里，距峄县37公里，是临沂通往台儿庄的必经之地。向城四周有土圩，圩内有五六百户居民，圩外环河，河畔多树。鲁南乡间，桃杏成林，柳树尤多，春二三月，向城景色，可于“株株桃杏呈笑靥，树树杨柳舞腰纤”两句诗中尽现其美妙。向城为历史古城，是古向国的首都，莒侯六合诸侯于向就在这里。因为向城紧扼公路要冲，地理位置重要，日军在这里及圩外两个村子，留下了几百名驻军。