在得到台儿庄派遣队所发来的新的一纸告急电文之后，濑谷支队再次接到了来自第10师团部的指令，该电令是师团长-矶谷廉介中将所下达的“采取果敢之攻势”的命令。当即濑谷启少将决定由步兵第63联队-福荣真平大佐率仅有的第3大队赶赴台儿庄。
3月28日，开始福荣大佐集中所掌握的步兵第63联队第3大队全部力量，在野战炮兵第10联队1个大队、野战重炮兵第2联队的两个大队、中国驻屯炮兵联队第3大队的1个中队的150毫米榴弹炮的炮火准备下，以30余辆战车掩护，协同之前突入台儿庄中的步兵第63联队第2大队，对台儿庄发动了第三次猛攻。
而防御台儿庄的第2集团军除以第31师据守台儿庄阵地，做顽强抗击外，还令第27师、第3师及独立第44旅从东、西向敌人侧翼及后方进行反击。淞沪、南京作战后损失惨重的中国空军，也在台儿庄战场上以9架战机直接支援地面部队战斗。
不过虽然日军仅在炮火掩护的下占领了台儿庄的西北一角，尔后再无进展，但突入城中的日军却乘机扩张了不少战果。以至于守军第31师在将所有能够战斗的勤杂人员全部组织起来投入战斗后，靠着惨烈的拉锯战，逐屋争夺，方才使得阵地稳定在犬牙交错的状态。
日军第2军司令官-西尾寿造见步兵第63联队攻击受阻，而中国军队第20军团又正向南进，步兵第63联队随时都有被围歼的危险，遂在3月29日下令第5师团坂本支队暂停进攻临沂，急向台儿庄方面增援；同时令濑谷支队全力增援台儿庄前线。
至3月30日晨，由濑谷启少将亲率的支队主力并步兵第10联队（约1个半大队的兵力）及配属战车部队已经从峄县南下，当晚21时左右，濑谷支队先头部队已经到达距离台儿庄以西不过6公里的范口村，其支队主力则集结于獐山东侧各村中。
在发现濑谷支队已经南下，而第2集团军孙连仲部依然没有能够和汤恩伯第20军团取得联系的情况下。当夜20点，第5战区长官司令部再次电令汤恩伯：“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。”
而台儿庄内的日军台儿庄派遣队在得知濑谷支队主力南下支援的情况后，立即在飞机及庄外的福荣部队地支援下，全力发起进攻，并迅速推进至庄南的运河北岸。
见此危机，孙连仲脸面派第30师-第176团入庄增援，与第3
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