就在寺內壽一聚精會神琢磨到底是什麼部隊製造了大汶口事件的時候，國民政府軍事委員會委員長、大元帥蔣介石在徐州召開軍事會議，進一步部署徐州會戰。
蔣介石是3月24日夜晚乘火車抵達徐州的。
這段時間日軍雖然攻勢兇猛，但攻擊焦點主要集中在三處：一是山西戰場，二是津浦路南段，三是冀中地區。這三個戰場，蔣介石最關心的是津浦路南段戰場。原因很簡單，山西戰場西有黃河天險，南有中條山防線，東有太行山，日軍再兇殘，想越過共產黨人把守的黃河河防和衛立煌二十四集團軍把守的中條山防線，都是不太現實的。而冀中地區，在開戰之初就已淪陷，國軍在那裡已經沒有正規部隊，日軍再折騰，也不過是和共產黨組建的游擊隊過招，誰輸誰贏都無關戰略大局。再說了，有共產黨頭號戰將劉一民隱蔽在那裡，日軍的圖謀也不一定能得逞。事情果不出委員長所料，劉一民一出手，就打在日軍進攻冀中部隊的七寸上，小鬼子果然來如潮漲去如潮退，乖乖地龜縮在防線上一動不動。只有這津浦線南段戰場，最讓人揪心。因為日軍一旦攻佔徐州，就可以將華北、華中兩個戰略區連成一片，津浦鐵路加上船運，日軍作戰機動能力將大大提高。下一步，日軍必然傾盡全力來攻打武漢。而徐州，又是一個易攻難守的四戰之地，我軍防守的難度很大。
公平地說，對於徐州會戰，蔣介石是下了大工夫的。
歷史上台兒庄大捷造就了李宗仁一世英名，但是，那也是蔣介石鼎力支持的結果。現在和歷史上相比，由於受八路軍連戰連捷的刺激，蔣介石對徐州會戰寄予了更大的希望，一心想在台兒庄打個大勝仗，扭轉國人心中八路軍天天打勝仗、國軍天天轉進、喪師失地的不良形象。
自從元月份組建最高統帥部後，蔣介石就辭去了行政院院長一職，專責指揮全國軍隊。當時，最高統帥部就判明日軍必然南北兩路會攻徐州，得手後攻擊武漢。在洛陽軍事會議上，朱老總又再次提醒蔣介石，嚴防日軍在津浦線取得突破。
蔣介石也擔心國軍頂不住日軍南北兩路夾攻，但他的著眼點不在徐州的得失，而在於誘敵主力集中於徐州為武漢備戰和國力重心西移爭取時間。這個思想是戰略思想，對當時徐州會戰以及以後直至武漢會戰期間的一系列戰役有指導意義。
為了確保徐州不失，蔣介石採取了一系列措施，一是調第一預備軍司令李宗仁出任第五戰區司令長官。二是確定了持久消耗、攻勢防禦、敵後游擊牽制配合三大戰略。三是整飭軍紀，槍斃了韓復榘，鼓舞士氣。在開封召開了第一戰區和第五戰區團長以上軍官會議，親自訓話，要求各部隊加強政治工作，確定有敵無我有我無敵，確立犧牲的決心，發揚攻擊的精神，並聲明擅自撤退的按連坐法追究責任，主動攻擊敵人的兌現獎懲。四是加強第五戰區力量，先後從第一戰區、第二戰區、第三戰區抽調部隊，用於徐州戰場，使徐州我軍不但在兵力上四倍於敵軍，而且還擁有五個炮兵團、五十多架飛機，更有鐵甲列車協助防禦台兒庄。特別是湯恩伯二十軍團，李宗仁請示要調湯恩伯八十五軍一個師擔任孫震二十二集團軍預備隊，而湯恩伯不願意部隊被分割使用，向蔣介石報告，蔣介石乾脆直接就把整個二十軍團調歸第五戰區指揮，作為會戰決勝力量使用。五是強化部隊訓練，提高指揮水平。用蔣介石的話說，過去的失敗完全是由於高級將領缺乏學問研究和攻擊精神，我們的司令的學問和作戰技術水平比不上敵人的團長，軍長、師長的指揮比不上敵人的營長、連長。六是後勤保障比較到位。
應該說，蔣介石對於徐州會戰的部署和指導思想從戰略角度講，都是比較對路的。就這蔣介石還不放心，頻頻召見各部隊將領，進行訓誡鼓勵，甚至連各部隊如何防止日軍施放毒氣這樣戰術層面上的事情，都親自指示過問。
有了這些前期工作，蔣介石對徐州會戰的前景充滿了信心，決心在徐州附近重創敵人，打一個讓全國民眾都為之振奮的大勝仗。
此時，日軍瀨谷支隊繼攻佔滕縣、臨城、韓庄、嶧縣後，組成台兒庄支隊，正向台兒庄一線猛攻。我第二集團軍各部正在台兒庄一線與敵激戰。
蔣介石到徐州後，接見了李宗仁、孫連仲等將領，慰勉有加。特別是接見孫連仲部師長以上軍官時，蔣介石和每個人都握手，問候家裡老人，讓這些老西北軍將領感動不已。
接見完後，蔣介石又單獨接見了孫連仲，親切地喊他的諢名「傻套兒」，表揚孫連仲為國家屢立奇功，當年果斷阻截追擊張勳「辮子軍」一事，對維護共和有大貢獻。特別是歸屬中央指揮以來，在歷次作戰中都能服從領袖，中央對孫是信任的，對第二集團軍在台兒庄一線創造非凡戰機寄予厚望。
蔣介石對孫連仲一直都比較重視，這一表揚，孫連仲感覺委員長對自己有知遇之恩，鄭重向蔣敬禮保證，只要第二集團軍還有一個人在，日軍就休想越過台兒庄。
蔣介石見孫連仲有如此態度，非常滿意，勉勵孫連仲指揮部隊與日寇血戰到底，確保徐州防線安全，為國立功。
在和李宗仁單獨交談時，蔣介石詳細詢問了第二十二集團軍傷亡情況，當得知孫震率領余部三個團的兵力留在滕縣打游擊，隨時準備奪取界河時，蔣介石喜上眉梢，交待李宗仁給孫震發電，予以通令嘉獎。戰後允許二十二集團軍進行休整補充。
隨後，蔣介石在第五戰區司令部召開了軍事會議。
作戰會議上，李宗仁對著地圖把敵我態勢和第五戰區決心固守台兒庄吸引敵人來攻、而後予以聚殲的作戰方案報告了一遍，蔣介石聽後頻頻點頭，仔細詢問了台兒庄的地形和我軍固守部隊的戰術對策，然後提出，南京保衛戰打的很漂亮，雖然丟失了南京，但民眾、機關、工廠、物資順利轉移，重創了日軍，讓日軍得了一座空城，其消滅我軍主力於南京城下的企圖徹底破滅。南京保衛戰的一些戰法值得第五戰區借鑒。
說到這裡，蔣介石生怕將領們曲解了他的意思，也把徐州來個棄而不守，就說：「德鄰，現在日軍第十師團孤軍冒進，台兒莊周圍我大軍雲集，已形成了口袋，應該督令各部隊奮勇作戰，全殲此路日軍，確保徐州不失。前有劉一民連戰連捷，後有王銘章滕縣浴血，我軍此時士氣高漲，第五戰區應當下定決心，達成戰役目標。」
李宗仁點頭稱是，提出唯一可慮的是臨沂方向，我軍雖然擊敗了日軍對臨沂的進攻，但日軍第十師團第39聯隊增援已到，我軍陷入苦戰。如果此時日軍第十六師團加入攻擊，我軍必定不支。是不是向十八集團軍通報前線戰況，要求在魯西的劉一民部對津浦路的德縣發動攻擊，吸引敵十六師團前往增援，保證台兒庄一線戰役順利進行。
一說劉一民，蔣介石心裡就泛起了一個疑慮，自從殲滅第二十一師團主力和獨立混成第四旅團、嚇退日軍掃蕩冀中的重兵集團後，這劉一民竟然又銷聲匿跡了。前段時間還給自己發了封電報，要求釋放陳瑤光的父母，現在人也放了，怎麼連個感謝電也不發了。看來，這共產黨人就是寡情薄意。
想想心裡就覺得窩囊，戴笠這傢伙這次又栽了，陳瑤光能讓劉一民給自己發電報要求釋放她的父母，說明她已經被劉一民感化，向劉一民說明了自己的身份。這又是一出現代版的賠了夫人又折兵。這個劉一民，看來是鐵了心為共產黨賣命，想把他拉過來變成自己人，難度太大了。
心裡想著，蔣介石就說：「這次徐州會戰，台兒庄一線圍殲日軍瀨谷支隊只是個前奏，後續戰鬥機會還很多。可以命令第十八集團軍各部在敵後積極游擊，拖住日軍，使其不能增援徐州戰場。至於劉一民，暫時不需要他加入徐州戰場，你們如果兵力不夠可以動用援軍。什麼時候動用劉一民部，我和朱德、彭德懷已經說了，那是要用在萬一戰局發生逆轉的時候，讓他攻擊日軍某一個不得不救的戰略要點，為我軍解圍。」
說到這裡，蔣介石心裡忽然就泛起一個念頭，劉一民如果能攻佔濟南，那日軍主力豈不是又要重兵回援？到時候說不定就可以趁勢收復這山東失地。最好是劉一民的教導師能夠打的狠一點，多消滅點鬼子，把鬼子徹底惹惱，和他拚命，來個同歸於盡，那樣的話能省去多少麻煩啊！
不說蔣委員長心裡的計較，那麼多將領都端端正正地坐著等他訓示呢！蔣介石也不敢自由暢想了，清了清嗓子，用他特有的寧波腔大聲說道：「此次徐州會戰，關係抗戰大局，凡我革命軍人，都應堅定有敵無我有我無敵的意志，確定犧牲決心和攻擊精神，團結一致，服從指揮，完成聚殲日軍瀨谷支隊的任務。」
蔣介石停頓了一下，眼睛向將領們逐一掃去：「前幾天我二十二集團軍以八個團不足兩萬人的兵力，在界河一線抗擊日軍，旋又在滕縣死守三天，以慘重傷亡為代價，重創日寇瀨谷支隊。5000健兒血染滕縣，二十二集團軍前敵指揮、一二二師中將師長王銘章壯烈殉國，為國軍將士樹立