1938年3月24日，中国空军为支援汤恩伯第20军团的进攻作战，以轰炸机14架轰炸韩庄、临城及枣庄日军，但第20军团未按计划发起进攻，仅第52军（军长关麟徵）抵达进攻出发线。

同日，蒋介石抵达徐州视察，并将随行的副参谋总长白崇禧、军令部次长林蔚等留第五战区协助李宗仁策划作战。同时，令第2集团军第31师（师长池峰城）转为防守台儿庄，并增调炮7团一个野炮营（75毫米野炮10门）、机械化野战重炮兵1个连（德制150毫米榴弹炮2门）及铁甲车第3中队配属第31师，并将31师归建第2集团军，并由该集团军司令孙连仲统一指挥台儿庄作战。孙连仲当日将其第27师推进至台儿庄附近，作为第31师后盾。