28日下午孙连仲将由集团军指挥的炮7团1个营(山炮8门)及由第31师指挥的坦克防御炮2门调归第27师使用。
29日晨3时半，27师第79旅向敌开始猛攻。中国官兵奋勇异常，将裴庄之敌击溃。
在台儿庄内，中国守备部队趁27师在城外发动进攻之际，极力向入侵之敌进攻。一线的守卫将士们，抱着宁死不失一寸阵地的决心，与敌人作着殊死的搏斗。战场上，随处可见赤着臂、跣着足，挥舞着大刀，冒着枪弹向敌人阵地施行反冲锋的守军士兵。杀声、喊声、枪声、爆炸声使台儿庄一带沸腾了。
为了收复失地，池峰城决定组成敢死队，当官兵们知道这个消息后，报名请战者上百名。
池峰城对我官兵的英勇壮举、牺牲精神深为感动，当即选定了57位。
入夜，在炮火的掩护下，57名敢死队员，均穿戴日军军服、钢盔，腰间挂满手榴弹，手持短枪。他们分数路爬墙入城，插入敌背后，以迅雷不及掩耳之势冲入敌阵。一时间敌阵内喊杀声四起，爆炸声轰鸣。中国敢死队员在敌掩蔽部内与敌人展开激烈的拼杀。敢死队员受伤倒下了，便拉响身上的手榴弹，与敌人同归于尽。激战至午夜，收复掩蔽所5个、房舍数幢。西北城角之敌明显受到削弱。
战斗结束后，英勇的敢死队仅剩下13人。池峰城亲自接见他们，对他们的勇敢献身壮举表示赞赏，并决定每人奖大洋30元，以资鼓励。勇士们对池峰城表示道：“感谢师长的奖赏和鼓励，然而钱我们不能收。我们以必死的决心去战斗的目的，是要确保我们以及我们的子孙不做日本帝国主义的奴隶，是为了争取民族的生存。比起死去的弟兄，我们是幸运的。如果收下了钱，我们将对不起死难的弟兄们。”
为了鼓舞守军的士气，第5战区向军委会请求，派中国军队飞机对徐州战场作“象征性参战”，即不要求空军承担保卫指挥中心徐州市的任务，也不要求其长期配合陆军作战，只对台儿庄一线敌军阵地，作数次示威轰炸。
30日清晨，台儿庄附近的空中传来飞机马达的轰鸣声。
不一会儿，碧蓝的天空中果然出现了9架银燕，日军阵地上的鬼子们见有飞机来临，以为又是他们的飞机前来助战，便纷纷晃动太阳旗，以示前线敌人阵地的位置。岂料，飞机在阵地上空盘旋了几周后，突然向日军阵地俯冲投弹。日军阵地顿时全面开花，浓烟滚滚。日军在毫无戒备的情况下被这突如其来的轰炸弄蒙了，日军嗷嗷乱叫着，四处乱窜。
中国军队飞机完成轰炸任务后，相继飞临中国军队阵地上空，低飞摆翼，向坚守阵地的英勇官兵致敬。此时，已认出中国军队飞机的卫士们纷纷跃出战壕掩体，举枪脱帽，欢呼雀跃。许多士兵流下了激动的热泪。中国空军首次在台儿庄上空的出现，对坚守阵地的我方将士起了很大的鼓舞作用。
当台儿庄的守卫将士们与敌拼死搏杀、苦苦支撑之时，30日晚，第31师接到几日来杳无音信的第20军团之第52军关麟征军长的电示：“军以任务关系，不克及时南来，殊引为憾，现奉命以全部攻击台儿庄之侧背，31日午后可与敌接触，我辈铁血男儿，决当与敌一拼也。”
截止28日，台儿庄激战从23日开始，第31师已与南下的日军进行了5天血战，早已超过了汤恩伯要求其坚守3日的期限。但汤恩伯并没有兑现他战前许下的诺言：一旦31师与日军接战，第20军团即挥师南下，夹击日军。那么，第20军团这几日在干什么呢?
说穿了就是力避与日主力相遇，保存实力，根据战局发展，相机而动。从汤恩伯和第20军团的行动看，汤军团并没有贯彻本战前制定的作战计划。其第85军没有在24日拂晓前解决枣庄附近之敌、占领枣庄，第52军也没有在24日拂晓开始向峄县进攻。
其实，汤恩伯对于第5战区能否守住台儿庄、临沂是缺乏信心的，在他看来，如果这两个方面不保，那么，他的第20军团在峄县与日军主力接战，就有受到日军夹击的危险。反之，如果台儿庄、临沂中国军队能守住阵地，挫败日军进攻，最大限度地消耗敌军，那么，打疲惫之敌是更容易、更省力，更有把握，也更便于获得战功的。
因此，汤恩伯一方面做出了避免与日军主力接战的部署，一方面谎造军情，应付李宗仁和31师的不断来电。以主力先攻击枣庄之敌为由，将第20军团主力置于枣庄以北山地，按兵不动。
直到28日汤恩伯仍没有全部南下的决心和部署，置李宗仁的命令于不顾，一再寻找借口，将第85军留于山区，而命第52军的一小部分南下侧应孙连仲军，以机动的态势，可打可走。当时的52军，除军直属部队外，还有8个团的兵力，按汤恩伯的计划，仅派出3个团。这样的分散使用兵力，关麟征一开始就是不赞成的。他主张要打就集中力量打，而不要零敲碎打。因此，关麟征在28日并未做出派3个团迅援台儿庄的部署。
李宗仁见汤军团迟迟不来，于28日晚10时给汤恩伯发去电令：“台儿庄方面孙集团陷于胶着状态，敌我均在困难中，贵军应为有力之援助迅速南下夹击之。”
接到李宗仁电报，汤恩伯仍一再拖延。
29日深夜，李宗仁再次给汤恩伯发去命令。但汤军团这时的行动仍然迟缓，第52军第2师的侦察小队虽于29日下午曾抵达台儿庄以北10余公里处的张楼一带探察敌情。但其主力此时却在台儿庄以北30公里以外地区。
30日晨，第52军始抵台儿庄东北约25公里处的兰陵镇，随后向西南方推进。但直到30日下午，孙连仲仍未能与52军取得联络。
李宗仁对汤军团的避战行为十分不满。将汤军团的避战情况电呈蒋介石知晓，同时于30日晚8时再次电令汤恩伯：“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。限时(31)日拂晓前到达，勿得延误为要。”
汤恩伯接此电令后，知军令不可再违，方开始督促所部加紧进攻，他本人也于当晚前往洪山镇、兰陵镇指挥。
52军接令后，其主力于31日拂晓前，从距台儿庄以北十几公里处的甘露寺，向日军侧面压过来。在中国军队优势兵力的猛攻下，日军节节败退。战至午后3时，中国军队先后攻克马庄、大庄、张楼、贾家埠、小集、兰成店、三佛楼等地，收复村庄十余座，将战线向前推进4公里。
至此，台儿庄一线防御的压力暂得到缓和。