台儿庄内日军得知濑谷支队主力南援的环境后，在航空兵及庄外日军的大力援助下，尽力向外扩大，当晚推动至庄南头运河北岸。孙连仲派第30师的第176团入庄声援，与第31师军队扼守西半部阵地，搏命抗击，遏止了日军的扩局势头。
日军第10联队在4月2日的《战役详报》中说：“对中国军队第27师第80旅昨日以来的战役加以检验，无愧于蒋介石对他们的极大信赖。他们扼守散兵壕，全数固执抵当直至最后。他们在狭小的散兵壕内，堆叠相枕，力战而死之状，虽为仇敌，观其壮烈之态，亦为之感慨。战役中曾使翻译劝其投降，但无一人应者。战至尸山血海的精力，并非独为我军所特有。疏忽别人，自我沉醉，为我军计，对此应有所慎戒。本日作战，我军伤亡将校以下66名，敌遗尸约250具。”
孙连仲为毁灭台儿庄内之敌，决定由城外向日军占据的街区实施夜袭，以收出敌不料、攻其不备之效。当日16时下达了作战号令。首要内容为：令第27师遴选奋勇队250人，继以得力步兵1营跟从冲进台儿庄城内(该奋勇队如能爬进城垣、冲杀该敌，准赏洋5000元)；第30师(欠袁、吴两团)集结最优良的兵力，在第27师开端攻城时向三里庄策动攻击；个人军炮兵队集合火力向刘家湖射击，以管束仇敌；台儿庄的第31师共同第27师军队向占据了城西北角之敌策动打击。当昼半夜前后，第27师奋勇队落第157团第2营从台儿庄东北角突入城中，攻占了东北隅及东南门，但终为敌所阻，遂占据部分街区，与敌巷战。31日，在第27师第157团第2营打击的同时，第30师第175团亦以第3营向占据西北角的日军建议打击，经狠恶搏斗后，终将仇敌击退，并毁灭其一部。
中国统帅部得光临城、枣庄一带的日军均已调至峄县以南声援的谍报，即令第3个人军前敌总司令曹福林“速向临、枣推动，限4月5日达到”，诡计堵截日军的前后联络、合围台儿庄四周日军于峄县以南地区；同时派飞机27架，分两批轰炸了濑谷支队和坂本支队。第20军团将第13师控置于鲁坊、南桥地区，以制止临沂方面的日军声援。
22日，汤恩伯在台儿庄也曾向池峰城奉告上述作战诡计，并表示：“设峄县之敌仰仗峄县山城恪守，则军团之攻略不易到手。31师应诱敌离开山城，则歼敌易举。”还说：你们与敌打仗后一日以内军团便可回援，你师如能在台儿庄死守三日即算完成任务。池峰城按照下级的企图，决计提早于23日“拂晓向峄县之敌实施佯攻，期诱敌于南、北洛四周而抑留之，待军团主力之南旋而毁灭之”。基于上述决计，22日15时下达作战号令，首要内容为：“(1)第93旅之185团位置于北洛，以一营进至前城、赵庄地区，该旅之便衣队即向獐山、北山、西黄山湖搜刮而占据之。旅部率禹营(指第186团第3营禹功魁营)位置于南洛四周，应于明(23)日拂晓后向峄县之敌行佯攻，后逐次抵当于北洛四周。第188团(欠1营)担负台儿庄之守备。(2)第91旅以181团控置于台儿庄，以182团担负台儿庄运河南岸鉴戒。(3)师部推动至台儿庄。”