济宁南下，进攻徐州西部。114师团抵达之后，接防第十师团，由第十师团残部，参加第十八师团围堵华军西方撤退的通路。
5月中旬，日军第十四师团从濮县突破黄河天堑。接着第十四师团（师团长土肥原贤二），由荷泽渡黄河，准备在远方截断陇海路向西的交通，又分兵占领荷泽。
华中派遣军第十三师团，在得到第九师团支援后，强渡淮河，北攻徐州，主力经由宿县，扑向徐州西方的陇海路要地砀山，准备与华北方面军主力在此会师，以达到切断华军西撤通路，另外又派第三师团以及两个支队北上，直*徐州。
之后不久，日军派出陆战队两千人登陆连云港，企图对徐州进行三面包围。为保存有生力量，*总部决定放弃徐州。5月17日五战区主力开始西撤，长官部命令张自忠，刘汝明部队断后，刘汝明在萧县地区，设下伏击，重创了鬼子第九师团。5月19日，十三师团攻入徐州空城，徐州沦陷。