臺兒莊大捷，又稱臺兒莊戰役、魯南會戰或血戰臺兒莊。臺兒莊戰役的起止時間有幾種說法，一般認爲從1938年3月16日開始至4月15日結束。戰役由滕縣戰鬥、臨沂附近戰鬥、臺兒莊戰鬥和日軍的潰退，中國軍隊的追擊作戰等部分組成。
在歷時1個月的激戰中，中國軍隊約29萬人參戰，日軍參戰人數約5萬人。中方傷亡約5萬餘人，斃傷日軍約2萬餘人（日軍自報傷亡11984人）。
它打擊了日本侵略者的囂張氣焰，堅定了全國軍民堅持抗戰的信心。這次戰役鼓舞了全民族的士氣，改變了國際視聽，消滅了日本侵略者的威風，殲滅了日軍大量有生力量。此次大捷是中華民族全面抗戰以來，繼長城戰役、平型關大捷等戰役後，中國人民取得的又一次勝利，是抗日戰爭以來取得的最大勝利，也是徐州會戰中國民革命軍取得的一次重大勝利。
戰役由李宗仁、白崇禧、孫連仲、湯恩伯、張自忠、田鎮南、關麟徵、池峰城、王銘章等抗日將領指揮。戰役期間，中國抗戰最高統帥蔣介石曾三次赴徐州視察、督導、調配兵力，其中第一次，蔣介石在臺兒莊戰鬥最激烈的時刻親赴臺兒莊南站觀戰，並親自勉勵池峰城，前線將士因而士氣大振，大大增強了前
1937年12月，侵華日軍磯師團沿津浦鐵路侵入山東，當月23日渡黃河威逼濟南。國民黨駐濟南第三集團軍韓復渠部不戰而退。日軍遂長驅直入。與此同時，日軍另一支精銳部隊板垣第五師團於1938年1月12日由青島嶗山灣、福島登陸，沿膠濟鐵路西進，經高密至濰縣轉南，循諸城、莒縣一線進迫臨沂，企圖與磯谷師團會師臺兒莊，南犯徐州。臺兒莊遂成爲日軍會師的交匯點。臺兒莊是棗莊地區的一個重鎮、山東的南大門、徐州東北的重要門戶，向東北經臨沂與魯中連接，向南有鐵路與連雲港、徐州相通，運河南通滬杭，北上京津，歷爲兵家必爭之地。中國軍隊欲保衛徐州、阻止日軍南下，必將臺兒莊作爲戰略要地。這樣，一場大規模的會戰在臺兒莊爆發了。
會戰首先在臨沂、滕縣拉開序幕。1938年2月下旬，日軍板垣師團逼近臨沂。3月12日下午，李宗仁調遣第五十九軍張自忠部急行軍到達臨沂，與龐炳勳部同時出擊。經過連續五晝夜的激戰，日軍全線撤退，逃至40公里外的莒縣。此戰於18日結束，中國軍隊打死打傷日軍2000餘人。
臨沂一戰，中國方面以裝備極差的所謂“雜牌部隊”擊敗了裝備精良、號稱大日本皇軍中最優秀的板垣師團，徹底粉碎了板垣、磯谷兩師團擬在臺兒莊會師的計劃，造成臺兒莊血戰時磯谷師團孤軍深入、爲中國軍隊所圍殲的契機。
日軍板垣師團侵犯臨沂的同時，磯谷師團於3月14日拂曉自鄒縣發起攻擊，15日晚圍困滕縣城，並親臨城中心的十字路口指揮戰鬥。將士們拼死阻擊，但終因傷亡過多，彈盡援絕，17日下午5點，南門、西門和東關相繼陷落，師長王銘章在指揮戰鬥中不幸中彈犧牲。18日中午，滕縣城落入日軍之手，中國守城官兵全師殉城。滕縣之戰，中國軍隊以7000之兵對付日軍數萬之衆，堅守三晝夜，死傷師長王銘章以下5000餘人。中國軍隊以寡敵衆，不惜重大犧牲，阻止日軍南下，延緩了日軍南侵臺兒莊的日期。
當滕縣城守軍告急之時，第五戰區司令長官李宗仁命第二集團軍孫連仲部星夜急行軍到臺兒莊佈防。3月24日清晨，日軍以猛烈的炮火轟擊臺兒莊防禦工事，隨後步兵以坦克爲前導，向臺兒莊步步進逼。中國軍隊在無坦克和平射炮的情況下，與日軍短兵相接，展開肉搏戰，使日軍的大炮坦克無法發揮作用。日軍猛攻三晝夜，佔領了臺兒莊圍寨的東北角，雙方展開了激烈的巷戰。至此，中國守軍已傷亡過半，漸有不支之勢。戰鬥持續到4月3日，中國方面第二集團軍的將士傷亡達70%，2/3的陣地已爲日軍佔領。臺兒莊防守指揮官第三十一師師長池峰城認爲，如此下去，必致全軍覆沒，遂向第二集團軍總司令孫連仲請求將餘部暫撤退至運河南岸。孫總司令電話請示李宗仁司令長官。李宗仁深知臺兒莊之危，即嚴令外圍的第二十軍團湯恩伯部迅速南下夾擊日軍。三令五申之後，湯軍團仍在抱犢崮東北姑婆山區逡巡不進。最後，李司令長官訓誡湯恩伯軍團長，如再不聽軍令，致誤戎機，當照韓復渠的前例嚴辦。同時，電話命令孫連仲總司令：“敵我在臺兒莊已血戰一週，勝負之數決定於最後五分鐘。”日軍血戰經旬，已精疲力竭，數日來爲日軍佔領的臺兒莊陣地，又被中國軍隊一舉奪回3/4.日軍死傷無數，退守北門。黎明時分，臺兒莊北面炮聲隆隆，湯恩伯軍團已於日軍背後出現。日軍撤退不及，陷於重圍。4月6日深夜，中國軍隊對日軍發起總攻。戰至清晨3點，日軍全線潰敗，磯谷師團長率殘兵萬餘突圍，竄往嶧縣，閉城死守。至此，臺兒莊會戰以中國軍隊獲全勝而告終。
臺兒莊會戰，日軍死傷2萬人以上，坦克車損失30餘輛，大炮被繳獲50餘門，爲日本新式陸軍創建以來第一次慘敗，臺兒莊會戰也是中國軍隊抗日戰爭以來的一次空前勝利。