5战区急调第27集团军之第59军及第21集团军第7军增援。

2月10日，于学忠的第51军所属第114师在王庄阵地同日军展开激烈争夺，几经血战阵地失守，中国军队伤亡2000余人。

2月13日，张自忠亲率第59军抵达淮河流域，在瓦疃集、姚集、固镇、蒙城一线，接替第51军战斗。

与此同时，第21集团军总司令廖磊率第21集团军到达合肥、舒城、八斗岭、下塘集之线。

中国军队以第51、59军在淮河北岸节节抵抗；以韦云淞之第48军固守炉桥、洛河一线；刘士毅之第31军和周祖晃之第7军对日军侧背进行袭击。

2月11日，第31军围攻上窑，守军冲入圩内与敌肉搏，敌300余人向考城逃窜，日军被歼100余人

2月16日，周祖晃之第7军由张桥镇、老人仓一线向池河、定远日军展开侧击，并一度攻入桑家涧，日军不得不抽调淮河地区主力6000余人增援考城、上窑、池河、定远。

当日军回援淮南之时，张自忠的第59军乘机向火神庙、新桥日军反攻，敌退向曹老集。第59军分向苏集、湖口子、曹老集、王庄之线推进，将日军驱逐至淝河南岸，并朝淮河北岸推进。

日军腹背受敌，无力再向北进攻，乃全部退回淮河南岸，沿邵伯、天长、盱眙、临淮关、蚌埠、怀远、三十里铺之线与淮河北岸中国军队形成隔河对峙的局面。

不仅是国军的部队参与作战，在淮河流域的新西军各部也积极配合国军主力部队参加对日战斗。

此外，安徽境内的新西军也加入的战斗当中，在合肥，蚌埠，徐州三点之间作战，牵制和阻击来自南京方向的日军部队。

在我方两军的共同努力，终于把南路日军迟滞在淮河一线，迫使日军放弃南北夹击徐州的作战方案改为由北向南进攻。