津浦路保卫战是从1937年12月中旬开始的。日军以津浦路南端为主攻，北段为辅攻，分别南北向徐州推进。

　　南端敌军指挥官畑俊六大将，于12月中旬，指挥8个师约8万之众，先后自镇江、南京、芜湖渡江北上。日军第三师团主力攻陷滁县后，循津浦路正面北进至盱眙、张八岭附近；另一部分攻占扬州后，即进击邵伯、天长一线，以掩护镇江防线，第九师团一部攻陷裕溪口后，循淮南铁路北进至巢县、全椒，企图直趋蚌埠。日军以为拿下蚌埠已是易如反掌之事，孰料行至明光以南，即为李宗仁部署的李品仙的第十一集团军和于学忠的第五十一军，利用淮河、淝河、汇河等地形堵截，双方血战月余，不分胜负。敌军在此停留，竟不能越雷池一步，这大出畑俊六所料，十分恼怒。于是畑俊六遂自南京调集援兵及坦克、野战炮等重武器，倾巢来犯。敌人汹汹而来，李宗仁感到硬拼硬堵要吃亏，待敌援军聚集明光一带时，李宗仁命坐镇蚌埠的李品仙将三十一军于1月18日自明光全线西撤山区，伺机出击，将津浦路南端正面让开；将于学忠的五十一军南调，布防淮河北岸，凭借险要地形，拒敌越河北进，敌援军是以饿狼扑食之势猛扑明光，结果扑了个空，没有捕捉到李的主力。接着日军攻下定远、怀远等地，但一无所获。此时西撤的三十一军遵李指示，从敌军左侧向东出击，将津浦路之敌截成数段，围而歼之。淮海前线之敌，后路忽彼斩断，不知凶吉，费九牛二虎之力迅将三十一军从津浦线向西压。李遂命部队采用敌迸我退、敌退我进的战术，牢牢地盯住津浦线；此时参加淤沪会战的二十一集团军北调合肥，日军有后顾之忧不敢随意北进，一时津浦路南端战事，形成敌我双方胶着对峙局面。

　　李宗仁在指挥津浦路艰难抵抗北进之敌的同时，又积极阻截华北日军南下。津浦路保卫战，原由第五战区副司令长官兼第三集团军总司令韩复榘指挥，岂知驻扎鲁境的韩复榘，大敌当前，还为保存实力打小算盘。12月23日，日军一部攻陷延安镇、归仁镇后，韩未战而走，造成了严重后果。27日，济南失守，日军由博山、莱芜迂袭泰安。1938年1月1日，泰安落人日军北方军第二军矾谷廉介之手。韩复榘连连丧池失地，致北段津浦路正面大门洞开，使日军得以沿线长驱直入，给徐州会战投下阴影。李宗仁有些着急，屡屡严电韩夺回泰安，并以此为根据地阻截南下之敌。韩对李的命令置若罔闻，一错再错。为此，韩遭到蒋介石枪毙的处置，由孙桐萱代任其职。

　　为确保徐州地区的安全，李宗仁命孙桐萱部向运河以西推进，袭取济宁、汶上的日军据点，以牵制敌人主力。孙部第二十二师负责攻取济宁，于二月12日晚由大长沟渡运河，14日晚有一小部攀登入城，双方短兵相接，血战竟日，终因敌我双方力量悬殊，入城部伤亡极大，17日晚撒至运河西岸。与此同时，第十二军八十一师也直取汶上，于12日晚由开河镇渡运河，一部由城西北攻入城内，与日军进行激烈巷战，终因人少势弱，损失严重，13日奉李宗仁之命撤向运河西岸。19日，日军攻陷安居镇，22日突破曹福林第五十五军阵地。25日，日军突破杏花村阵地，守军被迫撤至相里集、羊山集、巨野一线。但李宗仁在这一线布置大量兵力，不断侧击北段南下之敌，使敌军在这一带徘徊不能南进，暂时稳定了战局，摆脱了危机。