5月9日，日军第16师团南下，向砀山、唐寨地区挺进，从西面攻击徐州。第14师团步兵第28旅团奉命从河南新乡转赴山东济宁，向郓城、菏泽等地发起进攻，掩护师团主力强渡黄河。
5月10日，日军第9师团经蒙城、永城等地，向徐州西南地区进攻。当时，廖磊指挥的第21集团军所属第7、第48军防守淮河中流地域。廖磊命令第171师师长杨俊昌带一个团，扼守宿县；命令第173师副师长周元率领一个团，扼守蒙城。日军进攻蒙城时，周元遵照廖磊司令长官的命令，指挥2000多官兵拼死抵抗。激战中，防守蒙城的中国军队除20多名士兵突围外，周元副师长及其余官兵全部壮烈牺牲。这路日军16日逼近徐州。
5月11日下午，日军步兵第28旅团在旅团长酒井隆少将的指挥下，攻占郓城。郓城失守，菏泽就暴露在这路日军的进攻正面了。防守菏泽的中国军队第23师师长李必蕃感到敌情严重，严令第68旅组织反攻，夺回郓城。
第68旅出发后，李必蕃师长亲自带领师直属队前往增援。第68旅刚从前线撤退，没有得到休整，加之日军的炮火异常猛烈，部队多次组织反攻，官兵遭受重大伤亡，仍然没有夺回郓城。李必蕃师长立即调整部署，把第67旅配置在菏泽左侧，把第68旅部署在菏泽的右侧，严令全师各部队抓紧时间做好战斗准备，死守菏泽。李必蕃是湖南省嘉禾县人，先后在长沙陆军小学堂、武昌陆军中学堂、保定陆军军官学校学习军事，毕业后曾担任团副、参谋主任等职。参加北伐战争中，战功显著，升任团长。1936年1月，任第23师少将师长。全面抗战开始以后，李必蕃率领部队从临潼出师抗日，在沧州作战中，荣立战功，受到嘉奖。第23师参加徐州会战，李必蕃师长严阵以待，部队官兵的抗日热情高昂。
5月12日，日军第14师团南渡黄河以后，迅速以一部兵力前进到内黄集附近，截断了陇海铁路。这等于截断了中国军队向西撤退的后路。
5月13日，日军第13师团前进至徐州西南的永城，占据了徐州西南方向的有利地域，从西南面包围徐州。第9师团沿津浦铁路前进，攻占宿县。南线日军，攻占永城、宿县以后，从南面形成了对徐州的合围态势。
5月14日，日军第28旅团凭借化学武器和重炮的猛烈攻击，突破菏泽的外围阵地，把菏泽城四面围困起来。
防守菏泽，又是一场血战。
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