24日，中国空军为支援第20军团进攻作战，拂晓后以轰炸机14架轰炸了韩庄、临城及枣庄的日军，但第20军团并未按预定的时间开始进攻。当晚，军团部及第85军仍在抱犊崮山区中，仅第52军到达了预定的进攻出发地位——郭里集、鹁鸽窝之线。当日，蒋介石至徐州视察，将随行的副参谋总长白崇禧、军令部次长林蔚及厅长刘斐等留第五战区协助李宗仁策划作战。同时令第31师改为防守台儿庄，并增调炮第7团的野炮1个营（有沈阳造仿克鲁75毫米野炮10门）、机械化野战重炮兵1个连（有德国造卜福斯的150毫米榴弹炮2门）及铁甲车第3中队配属第31师，以加强台儿庄的防守火力；还令第31师解除第20军团的配属任务，归还第2集团军建制，由孙连仲统一指挥台儿庄方面的作战。孙连仲于当日进至台儿庄运河南岸的韩家寺，将其第27师由贾汪推进至台儿庄附近，接替第31师河防部队，以加强台儿庄的防守力量。
3月30日晨，日军濑谷启率其第10联队及战车部队从峄县南下，当晚21时左右，先头部队到达台儿庄以西6公里之范口村，主力集结于獐山东侧各村中。第五战区发现濑谷支队已经南下，而孙连仲报称与第20军团“尚未取得联络”，当晚20时再次电令汤恩伯：“敌主力似南下……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，限31日拂晓前到达，勿得延误为要。”
“甲、王军明30日应对峄县之敌佯攻，牵制该敌之南下，但应保持由东向西之原方向。乙、关军明30日应速向泥沟、北洛前进，到达该地后以一部向南洛，协助孙集团军解决台儿庄附近之敌，以主力极力破坏铁路、公路遮断峄县与台儿庄之连络，并与王军协同阻止峄县南下之敌。但王军应保持由东向西之原方向。丙、汤军团长应速向孙总司令密取连络。”
至3月22日夜，第20军团的第52军已将运河南岸防务交第110师，该军北向兰陵镇地区转进；第85军已与韩庄、峄县之敌脱离接触，正向青山地区转移；配属第20军团的第31师进至台儿庄地区（第31师于24日仍归属第2集团军）；第110师及独立第44旅在运河南岸台儿庄至韩庄间防守，第2集团军的第27师在贾汪地区，总