為了牽制日軍的攻擊，一八一團（欠三營）和一八五團二營奉命迂迴到日軍側背，向劉家湖、三裡莊和墩上村發起攻擊。上午十一時，一八五團二營攻佔墩上村，一八一團二營逼近三裡莊，一八一團一營攻佔了劉家湖。但是，日軍緊接著就發動了大規模反擊，墩上村即刻失守，三個營的中國官兵在撤退時傷亡大半。
下午一時左右，日軍的十一輛坦克直接衝到距臺兒莊西北寨牆兩百米處，隨即停下來向臺兒莊內開炮射擊。日軍的坦克兵尚不知臺兒莊中國守軍已經調來了重炮，中國軍隊的重炮瞄準後突然開始轟擊，十一輛日軍坦克中六輛中彈起火，其餘五輛見狀倉皇而逃。
寨牆上的中國守軍不禁歡呼起來，膽大的士兵跳下寨牆，開始追擊四處逃散的日軍坦克兵砍殺射擊，另一些士兵爬上被擊毀的坦克卸掉上面的機槍。在劉家湖和園上村裡的日軍目睹了這一場景一“舉目駭視，竟不發一彈，似為我歡聲所震眩，竟達五分鐘之久，實戰場上絕無僅有之奇景也。從此敵戰車不敢迫近臺兒莊矣”。
臺兒莊中國守軍第三十一師幾天來已傷亡了三千多人，池峰城師長把全師重新編成七個營。為加強臺兒莊的兵力，第二集團軍總司令孫連仲命令張金照的第三十師和吳鵬舉的第四十四旅增援。
晚上，日軍增援部隊全部抵達劉家湖。
臺兒莊的戰局愈發嚴峻。
中國守軍在兵力上佔據絕對優勢，打來打去卻讓日軍佔了半個莊，這讓戰區司令長官李宗仁“殊感詫異”，他嚴令第二集團軍於二十九日前將衝入臺兒莊內的日軍消滅乾淨：
臺兒莊為徐州前方要地，又為湯軍團後方聯絡要道，關係重要。據報該處附近敵人約一混成聯隊，我軍兵力數倍於敵，早當解決，乃經幾日戰鬥，臺兒莊圍子反被敵衝入一部，殊感詫異。著貴總司令負責嚴督所部，限於二十九日前將該地肅清，勿得延緩，致誤戎機為要。
不知在日軍絕對優勢火力下苦守臺兒莊的孫連仲接到這封電報時是何心情。此時，孫連仲最關切的並不是李宗仁的“殊感詫異”，而是那個說好了由他發動迴旋作戰的湯恩伯究竟在哪裡？
湯恩伯部僅以少部兵力在棗莊附近與日軍糾纏，軍團主力依舊躲在抱犢圍山區裡不出來。雖然湯恩伯不斷致電蔣介石和李宗仁，報告他的部隊對棗莊、臨城一帶的日軍進行了持續攻擊，但至少從臺兒莊方向的戰場態勢上並沒有顯出任何策應的效果。倒是二十七日這一天，由行政專員兼保安司令李明揚率領的游擊隊攻入了臨城，不但將留守在城內的日軍殲滅，還焚燒了日軍儲存的大量軍用物資。大火燒了一天一夜，迫使日軍抽調兵力從南向北增援臨城，但增援日軍趕到時，李司令的游擊隊已經跑得無影無蹤了。
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