磯谷廉介做夢都沒有想到，形勢突然會發生如此重大的變化。
31日下午，磯谷廉介乘飛機降落在北洛的麥田裡，在賴谷啟等將領的簇擁下，到了瀨谷支隊司令部，親自督導對台兒庄的進攻。
在磯谷廉介想來，第40聯隊控制滕縣、臨城、棗莊、嶧縣等戰略要點，最遲明日，第39聯隊就可以趕到戰場附近，由東向西夾擊運河一線守軍。全師團主力雲集台兒庄一線，全殲當面之中國守軍就在眼前。
事實讓磯谷廉介大吃一驚。
第63聯隊經過連日激戰，戰鬥力損耗嚴重。調整作戰方向後，第63聯隊開始專心致志攻擊台兒庄。可這台兒庄每個院落都是石頭砌成，鎮子里密布碉堡，為守軍提供了良好的掩蔽。30日，福榮真平大佐親自上陣，指揮各部隊兇猛攻擊一天，好不容易佔了台兒庄一半面積。不料晚上，守軍調來了援兵，以敢死隊帶頭，和日軍進行了慘烈的夜戰，竟然恢複了不少陣地。
31日上午，63聯隊傾盡全力反撲，好不容易奪回了陣地。
磯谷廉介中將是日軍高級將領，自然知道大汶口發生的事情，也知道一時半會兒彈藥補給會發生困難，只能依靠師團本身的彈藥積累作戰。因此，他心裡已經自覺地調整了作戰目標，只想攻佔台兒庄，徹底消滅運河以北的中國軍隊。對於徐州，暫時只能相望了，一切都要等津浦路修通以後再說了。
所以，視察了戰場，聽了瀨谷啟的報告後，磯谷廉介中將非常吃驚，他想不到經常是一觸即潰的中國軍隊為什麼突然這麼頑強，竟然死戰不退。在他的印象中，中國軍隊不是這樣的，中共的八路軍搞個伏擊、偷襲什麼的還可以，至於蔣介石的部隊，戰術呆板，陣地構築薄弱，一般是皇軍只要一迂迴包抄，他們自然就潰退了。
眼前的情況已經超出了磯谷廉介的認知範圍，他也清楚中國軍隊必然會守台兒庄，但沒有想到是死守。不過，他還是面帶微笑，勉勵一眾將官指揮部隊奮勇作戰：「諸君，對於蔣介石和他的軍隊我是非常了解的，蔣本人只是上海灘的一個小癟三，用文明人的說法那就是一個流氓。他領導的部隊沒有政治理想，有的只是貪污腐敗和軍官娶小老婆、爭風吃醋的醜聞。和這樣一支部隊作戰，是我們大和武士的悲哀。我們應該去和更強大、更有軍紀、戰鬥力更強的軍隊作戰。不過沒有辦法，誰讓我們這麼倒霉，攤上這麼一個沒有品位的對手呢？」
磯谷廉介的話引得一群軍官哈哈大笑，因傷亡慘重帶來的的陰霾一掃而空。
磯谷廉介見鼓動取得了效果，就又說道：「拿下台兒庄，徹底消滅運河以北之敵，整個山東甚至整個華北就是我們大日本的了。中國人再想從我們手裡拿回華北，簡直就是痴人說夢。我們甚至可以將滿洲、華北直接併入大日本版圖。諸君請想一想，若干年後，我們的子孫後代在華北肥沃的土地上漫遊的時候，他們會怎麼樣感謝我們這些創業者啊？」
這一說，一群魔鬼更是激動，竟然連連高呼口號。
磯谷廉介見軍官們士氣高昂，遂下令將師團工兵聯隊充實一線進攻部隊，將炮兵聯隊的大炮全數集中起來，加強火力，並孤注一擲，把監視湯軍團的那個大隊都抽了回來，加入攻擊行列，以求一擊成功。部署完成後，磯谷廉介命令瀨谷啟立即發起全線攻擊，務必迅速清除台兒庄守軍。
下達完命令後，磯谷廉介給西尾壽造中將發報，稱奪取台兒庄、徹底擊潰台兒庄運河一線中國軍隊就在眼前，懇請西尾壽造中將調動能夠調動的航空兵，強力轟炸運河沿線守軍陣地，支援第十師團儘快擊敗守軍。
西尾壽造中將作為第二軍司令官，對中國軍隊在魯南與日軍反覆爭奪早就痛恨無比，一心一意要消滅山東境內所有的中國抵抗武裝，將山東建設成日軍進一步擴大侵略的堅強後方。接到磯谷廉介中將的電報後，西尾壽造命令駐濟南、青島等山東境內的所有航空兵全部出動，支援第十師團作戰。
天上是成群的日機，地下是被磯谷廉介煽動的嗷嗷叫的步兵，台兒庄一線守軍馬上陷入了苦戰。
到了晚上，63聯隊已經攻佔了台兒庄三分之二的陣地，第10聯隊也取得了進展，將台兒庄兩翼的二十七師、三十師陣地大幅壓縮，眼見再加一把勁，就可以將二十七師、三十師和台兒庄守軍全殲在運河北岸了。
磯谷廉介聽完報告後，不住地點頭，連聲說喲西。
可惜磯谷廉介的高興沒有持續多久，晚上，中國軍隊突然發動了全線反擊。第二十軍團的五十二軍、八十五軍、七十五軍從賴谷聯隊背後殺來。運河沿線的第二集團軍及其配屬部隊也發起反攻，台兒庄內殺聲震天。
磯谷廉介中將畢竟是受過良好軍事教育的高級將領，處變不驚，接到中國軍隊反擊的報告後，一邊命令瀨谷啟指揮瀨谷支隊就地轉入阻擊，一邊命令第40聯隊各部嚴守城池，防止中國軍隊偷襲。又發電催促賴武平少將率39聯隊加快速度，迅速趕到戰場，側擊中國軍隊，掩護主力作戰。
到了夜裡兩點，兩眼通紅的磯谷廉介中將接到了界河失守的消息，腦袋轟地一聲就炸開了，原來中國軍隊的反擊不是為了鞏固防線的戰術動作，而是蓄謀已久的圍殲戰，是想把自己的第十師團一網打盡。
這下，磯谷廉介慌了，再也顧不得什麼奪取台兒庄了，馬上向西尾壽造中將報告，請求撤退。同時，命令正在向台兒庄方向趕來的第39聯隊立即停止前進，迅速搶佔陣地，做固守準備。
第39聯隊報告，部隊正趕往蘭陵鎮，決心進佔蘭陵鎮，進而支援主力作戰。
磯谷廉介一想，中國軍隊既然決心圍殲第十師團，必然會在蘭陵附近伏擊或阻擊39聯隊，千萬不能把部隊讓中國人一鍋燴了。遂嚴令第39聯隊立即停止前進，轉向棗莊前進，與駐棗莊部隊會師。
好不容易挨到天明，磯谷廉介正要下令各部隊交替掩護，撤出戰場。中國空軍的飛機趕到了，幾十架飛機朝著日軍陣地傾灑彈雨。
磯谷廉介躲在指揮所里，獃獃地看著天上的飛機，良久，才聲嘶力竭地命令電台迅速報告西尾壽造中將，請求航空兵立即出動，掩護部隊向嶧縣撤退。命令瀨谷啟炸毀所有帶不走的輜重，立即向嶧縣轉移。
要是昨天晚上磯谷廉介下令撤退，說不定瀨谷支隊還能逃出一線生天，可惜晚上從來都是中國軍隊的天下，磯谷廉介害怕部隊在夜晚撤退會被中國軍隊夾擊導致潰敗，不敢冒險，喪失了瀨谷支隊最後逃命的機會。
等到日軍航空兵趕到時，中日兩軍已經廝殺到了一起，很難分清敵我了，轟炸自然也就沒有多大效果了。
開戰以來，國軍什麼時候有過這樣狂揍日軍的機會啊！所以，知道把瀨谷支隊收在了網中的各級軍官，根本就無視日軍飛機的威脅，嘴裡無一例外地都在喊著宋美齡提出的「弟兄們，跟我上」，一次又一次地向日軍陣地衝擊。
磯谷廉介見部隊被包圍，激起了武士道精神，嚴令各部隊停止撤退，堅守陣地，堅決打退中國軍隊的攻擊。這一來，日軍也殺紅了眼，拚死抵抗，雙方你來我往殺成一團。
磯谷廉介見部隊傷亡越來越大，很難突出重圍，只好命令在棗莊、嶧縣的40聯隊駐軍接應主力突圍。命令39聯隊加快速度，接替棗莊防務。
戰到下午，磯谷廉介悲哀地發現，彈藥、油料都供應不上了，戰線發生動搖，再不撤退的話，說不定自己就要當俘虜了。
驚慌失措的磯谷廉介，知道39聯隊還沒有趕到棗莊，僅憑40聯隊住棗莊、嶧縣的兵力，根本解不了圍。這個時候他什麼都顧不得了，一迭聲地下令部隊全線撤退，向嶧縣轉移。
日軍這一全線撤退，等於是幫了死攻硬拼的中國軍隊的忙。各部隊不用做任何動員，奮勇追擊，不斷地截留、分割、蠶食日軍。
磯谷廉介不得不承認，自己號稱精銳的第十師團潰敗了。撤退中的部隊不停地留下掩護部隊，這些掩護部隊無一例外地在中國軍隊追擊的狂潮中被淹沒。
一直到了晚上，磯谷廉介、瀨谷啟才領著福榮真平、赤柴八重藏等幾個骨幹官佐和一群殘兵敗將，在40聯隊住棗莊、嶧縣部隊接應下，逃進了嶧縣縣城。
一進城門，磯谷廉介就命令殘兵敗將馬上關閉城門，死守縣城。
到了40聯隊住嶧縣縣城部隊指揮部，磯谷廉介看看狼狽不堪的瀨谷啟等人，忍不住放聲大哭。這下好了，把部隊丟光了的瀨谷啟等人更是悲哀，整個指揮部里全部是鬼子們的哀嚎聲。
哭完了，磯谷廉介連忙與指揮39聯隊的第八旅團旅團長賴武平少將聯繫，得知第39聯隊已經趕到棗莊，磯谷廉介才算放下心來。
這個晚上，意氣風發的李宗仁嚴令部隊迅速肅清一切敢於抵抗的日軍小部隊，鬼子不投降，就堅決地幹掉他！
到了天明，在開封望眼欲穿的蔣介石，接到了李宗仁拍發的電報，稱全殲第十師團