傅山、青山一带向南下之敌夹击，并与孙集团军切取联系；第85军应以一部占领云谷山、黄山、马山、神山一带，牵制齐村、枣庄、郭里集一带之敌，主力本晚集结神山、向水泉、猪山一带待命。”
3月28日，福荣真平的第63联队集中兵力，在1个野炮大队、2个野战重炮大队、1个150毫米榴弹炮小队以及30余辆战车掩护下，与昨日突入台儿庄中的第2大队协同，对台儿庄发动了第三次猛攻。第2集团军除以第31师据守台儿庄阵地顽强抗击外，还令第27师、第30师及独立第44旅从东、西向敌人侧翼及后方进行反击。特别是中国空军，在台儿庄战场上首次以9架战斗机直接支援地面部队战斗，对广大官兵的抗战士气鼓舞很大。因而日军仅在炮火准备后刚开始进攻时占领了台儿庄的西北一角，尔后再无进展。但突入城中的日军乘机扩张战果。第31师将所有能够战斗的勤杂人员全部组织起来投入战斗。双方展开激烈的肉搏拉锯战，隔墙相击，逐屋争夺，阵地形成犬牙交错状态。
3月29日，日军第2军司令官西尾寿造见第63联队攻击受阻，而中国军队第20军团又正向南进，第63联队有被围歼的危险，遂令第5师团的坂本支队暂时中止进攻临沂，急向台儿庄方面增援；同时令第10师团濑谷支队主力增加到台儿庄前线。
第五战区见台儿庄形势危急，而第20军团尚迟迟未到，因此在28日夜电令汤军团“迅速南下夹击”。29日夜下达正式命令，赋予汤军团的任务为：
“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。”
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。”
台儿庄内日军得知濑谷支队主力南援的情况后，在航空兵及庄外日军的大力支援