孫連仲見李宗仁已經鐵了心，態度如此的堅決，便失望的說道：“好吧，李長官，我們絕對服從命令！”在電話裡，李宗仁進一步的要求道：“你們不但要堅守到後天，今夜還必須向日軍發動夜襲，以打破日軍明晨的突圍計劃，等湯恩伯的第20軍團到達後，我們便可以對日軍實行內外夾擊！”
孫連仲一聽，全軍不但不能後退，精疲力竭之際還要乘夜反擊，他當下就說道：“ 李長官，我們現在能守住陣地就不錯了，那裡還有多餘的力量用來反擊啊！？你這是要我們西北軍全軍覆沒啊！”李宗仁接着說道：“我現在懸賞你10完元，你將後方凡是可以拿槍的士兵、擔架兵、炊事兵與前線士兵集合起來，組織成敢死隊，實施夜襲任務。這10萬塊的賞金，我會一分不少的交到你的手上。我相信重賞之下必有勇夫。你們要好自爲之，別逼我動用軍法！我明確的告訴你，勝負之數，在此一舉！”孫連仲嘆了口氣說道：“我們服從命令，絕對照辦！”
放下電話以後，孫連仲來到臺兒莊督戰。31師師長池峰城再次向他請求准予撤退，孫連仲大聲的對他命令道：“士兵打光了，你自己就填上去。等你也倒下了，那我就填上去。有誰敢退過運河，那就殺無赦！”池峰城聞聽此言立刻就楞住了，31師所剩不多的官兵也楞住了。許久之後，31師的官兵們回過神來，他們知道軍令已下，再無更改。就抱着必死的決心，步步抵抗，任憑日軍如何衝殺，依然堅守着陣地，死戰不退！
夜裡2點多，第2集團軍組織了一支500人的敢死隊，分組向日軍發起反擊。敢死隊員們手持大刀，怒吼着衝進敵陣。日軍匆忙迎戰，亂作一團。此次突襲取得了很好的效果，一舉奪回了失去的陣地。日軍退守城北，繼續依託那裡的工事，與31師對峙着。黎明時分，李宗仁瞪着佈滿血絲的眼睛，帶着40名衛士，趕到了臺兒莊，他要親自指揮對嘰谷師團的殲滅戰。
遲遲沒有動靜的湯恩伯軍團，終於傳來了好消息，他們成功的迂迴到了嘰谷師團的背後，現正對當面之敵發起攻擊。得到這個消息後，李宗仁身着上將戎裝，精神煥發的親自指揮部隊進行反擊。臺兒莊內外一時間殺聲震天，激戰多日的日軍，此刻已成了強弩之末，彈藥早就打光了，戰車的燃料也已經耗盡，面對中國軍隊的內外夾擊，日軍士兵已完全喪失了鬥志，狼狽的突圍逃竄，潰不成軍。中國軍隊氣勢如虹，全軍向日軍展開猛追。日軍遺屍遍野，被丟棄的車輛、武器、馬匹遍地皆是。嘰谷廉介帶領殘部衝破湯恩伯軍團的堵截，逃到了臺兒莊北面的嶧縣，據城死守等待救援。
臺兒莊之戰結束後，中國軍隊開始清點戰果，據戰後初步統計，此戰共殲敵萬餘人，雖未能全殲嘰谷師團，但也給嘰谷師團以重創了，估計在很長的一段時間內，嘰谷師團都無法恢復戰鬥力了。而國軍方面傷亡了2萬餘人，第5戰區的部隊除了湯恩伯部外，其他部隊均以傷亡過半。但這些損失都是值得的，臺兒莊大捷可以說是國軍部隊在正面戰場的首次獲勝，這大大的鼓舞了全國軍民的抗戰信心，也再次打破了日軍不可戰勝的神話。
當臺兒莊大捷的電波傳向四面八方時，中國人一掃壓抑了太久的心情，人人欣喜若狂，舉國上下一片歡呼之聲。國人心中的消極頹廢、恨鐵不成鋼的悲觀情緒一掃而光，一口壓抑已久的惡氣重重的吐了出來。其實就這場戰役本身來看，國軍部隊雖然殲敵過萬，但自身的傷亡也超過了2萬，實是一場殲敵八百，自損一千的消耗戰。但俗話說，兵敗如山倒，就在這個國軍屢戰屢敗的情勢下，在日軍不可戰勝的聲威中，第5戰區能憑藉着那些雜牌部隊，給日軍精銳嘰谷師團當頭一棒，結束他們不可戰勝的神話，這本身就是一個奇蹟。
國民黨軍事委員會所在地，中國戰時的臨時首都--武漢，在收到臺兒莊大捷的消息後，武漢三鎮立刻就變成了歡樂的海洋。自1938年初開始，日軍的飛機就開始頻繁的轟炸這裡，這座臨時首都時刻都處在對死亡的恐懼當中。但是，今天卻不同往日了，當中共的《新華日報》、國民黨的《中央日報》、民間的《大公報》上刊登了臺兒莊大捷的號外時，一顆顆激動的心都沸騰到了頂點。武漢城裡的青年學生們再也坐不住了，他們走出家門，去搶購報紙，與同樣興奮但素不相識的路人們歡呼擁抱，他們結隊而行，一起朝國民政府的辦公地走去。軍事委員會委員長蔣介石，穿着筆挺的軍裝面戴微笑出現在民衆面前，他大聲的對民衆們說道：“抗戰不到一年，國軍屢戰屢敗。這皆因我們對這場戰爭沒有作好充分的準備，可是如今，臺兒莊大捷已經喚醒了國人，也振奮了軍心。在今後的對日作戰中，我相信，我們的軍隊將會取得更大的勝利，中華民族將取得對日戰爭的最後勝利！”蔣介石的講話讓民衆們看到了希望，就如同沉沉的黑夜裡，中國的抗戰終於出現了一道曙光。
臺兒莊大捷以後，大大的鼓舞了蔣介石的信心。他意識到李宗仁絕對是個勇將，不如再多給他一些部隊，讓他在徐州地區再打出幾個“大捷”來。這場局部的勝利使蔣介石頭腦發熱、乃至是渾身發熱。他迅速對部隊下達了命令，急令中央軍75軍和92軍渡過黃河，前去支援第5戰區。2天之後，蔣介石又命令中央軍的46軍和雲南的60軍開赴徐州。在隨後的幾天裡，西北軍的77軍68軍也奉命開到了徐州。在不到1個月的時間裡，蔣介石派來的援軍，幾乎有20萬人，與第5戰區的部隊合計不下60萬人。這些部隊全都雲集在徐州地區，簡直就是人滿爲患。
李宗仁被蔣介石的舉動弄得苦笑不得，他一直都弄不明白，蔣介石這是要幹什麼？他給身在武漢的“小諸葛”白崇禧打了個電話，在電話裡問道：“委員長調來這麼多部隊幹什麼？”白崇禧回答道：“委員長想要你多打幾個大捷出來！”李宗仁有些氣憤的說道：“這簡直就是胡鬧！我看他是頭腦發熱了，才幹出這個荒唐的事情來！你怎麼不阻止他胡來呢？”白崇禧無奈的說道：“我說了就一定管用嗎？他什麼時候聽過我的意見了！讓他折騰去吧，等吃了虧就清醒了。”
李宗仁苦笑着搖頭，心中慨然。想當初他剛到5戰區的時候，自己想老蔣要兵。老蔣一直跟自己哭窮，只給了些素質低下的地方雜牌軍。如今看見自己打出了個“臺兒莊大捷”來，就想急功近利的再來幾場勝利。但如今戰機已過，日軍也絕對不會再掉以輕心貪功冒進了。另外這徐州乃是平原地區，最適合日軍的機械化部隊作戰，把這60萬國軍部隊放在這大平原上，這不是等着讓日軍吃嗎？！
就在中國人沉浸在一派歡騰時，日本東京的陸軍統帥部裡，卻充滿了一種沮喪的情緒。臺兒莊這個中國的地名，成了日本陸軍的恥辱地。日軍無論是被殲滅了1萬多人，還是像蔣介石吹噓的3萬多人，對於威名赫赫的日本陸軍來說，都是日俄戰爭後的幾十年來，吃的最大的一次敗仗。正由於這是第一次吃敗仗，這些日本陸軍的大佬們是無論如何也丟不起這個臉的。他們竭力的對倭皇裕仁辯解道：“這不是一次敗仗，這只是嘰谷廉介造成的一次小小的差錯，一次小小的失誤。第5師團和第10師團殘部絕對不是潰敗逃跑，而是作一次新的戰略轉移，以便整合軍力，給支那軍以迎頭痛擊。”
但是，臺兒莊的“差錯”畢竟使日本陸軍丟了臉，也使日本大本營陸海軍大元帥--至高無上的天皇在世人面前蒙受了莫大的恥辱。倭皇裕仁一怒之下，撤消了嘰谷廉介的中將師團長，下旨將其調回國內轉入預備役。另外他還改變了2月16日御前會議關於8月前不再發動進攻的決策，並決定再次迅速向中國大規模增加兵力，發動更加強大的進攻，誓報臺兒莊這一箭之仇，以洗雪大日本皇軍的奇恥大辱。日本陸軍部的大佬們不敢怠慢，即刻展開了緊急的調兵行動。並密切的注意着中國第5戰區的動靜，等他們發現那裡已經雲集了60萬大軍時，陸軍部裡立刻就是歡聲一片，認爲這是報臺兒莊這一箭之仇的最佳戰機。