與此同時，淮河北岸小蚌埠戰鬥也很激烈。2月8日，日軍先以飛機、大炮猛轟北岸守軍113師的陣地，將河岸防禦工事全部摧毀。隨後千餘日軍在炮火掩護下，乘民船和汽艇實施強渡。守軍頑強抵抗，兩次擊退渡河日軍。當晚23時，日軍又進行夜間強渡，一度登上北岸，攻占了小蚌埠鎮。
第113師師長周光烈令第337旅反擊，激戰至9日1時，恢複了陣地。10日拂曉，日軍再次發動大規模強渡進攻，經幾小時激戰，上午10時，渡河日軍攻占了小蚌埠鎮。師長周光烈指揮部隊向日軍多次衝擊，反複拚殺。第337旅竇光殿旅長命令：“不到戰死，沒有我的命令，決不準後退！”
該旅官兵抱定必死的決心，同日軍展開幾次慘烈的肉搏，消滅日軍五百多人。張儒彬團誓死不退，全團高唱《義勇軍進行曲》衝進敵陣，與日軍展開肉搏。張儒彬團長左腿負重傷，仍大聲鼓勵戰士們：“弟兄們，在津浦南段犧牲，雖死猶榮，一息尚存，就要決戰到底！”
雙方反複爭奪多次，小蚌埠終於被日軍占領。戰至傍晚，槍聲停息了，全團僅有一人生還！12日，日軍占領了臨淮關、蚌埠等地。
第五戰區司令長官李宗仁聞訊，不禁為之一驚。他趕緊帶著參謀長徐祖詒來到前沿陣地，登上一處高地，俯視著淮河。隻見寬闊的河麵上，湍急的河水滾滾東流。
李宗仁舉起望遠鏡，望著遠處的原野村莊、戰火硝煙，輕聲說：“淮河是徐州南麵最後一道屏障了，不能丟啊！”
徐祖詒說：“德公，看來淮河一線隻靠於學忠一個軍來防守，實在是兵力單薄啊！”
李宗仁說：“是啊，當務之急，是火速增調援兵，加強淮河防務！”
徐祖詒問：“援兵，調誰呢？”
李宗仁果斷地說：“西北軍名將——張自忠！”
2月13日，李宗仁將剛轉隸五戰區的張自忠第59軍調來，接替了第51軍防地。第51軍撤至西寺坡車站一帶休整。
16日，張自忠指揮第59軍向火星廟、新橋方麵日軍發起猛烈攻擊。新銳之師銳不可擋。日軍抵抗不住第59軍猛攻，向曹老集潰逃。第59軍緊追不舍，一直追至曹老集、胡家口之線。17日，一舉攻下曹老集。爾後又向淮河北岸日軍發動全線進攻，勢如破竹所向披靡。經第59軍連日打擊，淮河北岸日軍傷亡2,500多人，陣腳大亂。
李宗仁抓住時機，命令第31軍由淮南鐵路向上窯、鳳陽，令新隸屬五戰區的第21集團軍第7軍由合肥向明光、定遠分別實施側擊；同時要求空軍支援，轟炸蚌埠、臨淮關之敵，迫使日軍將已渡淮北的主力撤迴淮南，以加強蚌埠及津浦路防守。
張自忠乘機命令第180師和第38師各組成一個加強團，向小蚌埠之敵實施反擊，於20日收複小蚌埠。迫使淮河以北日軍全部撤迴淮河以南。
同日，李宗仁按蔣介石指示，電令張自忠即調赴臨城待命。津浦路南段仍由於學忠第51軍防守，暫時與日軍隔淮河對峙。至此淮河阻擊戰結束。
第113師師長周光烈令第337旅反擊，激戰至9日1時，恢複了陣地。10日拂曉，日軍再次發動大規模強渡進攻，經幾小時激戰，上午10時，渡河日軍攻占了小蚌埠鎮。師長周光烈指揮部隊向日軍多次衝擊，反複拚殺。第337旅竇光殿旅長命令：“不到戰死，沒有我的命令，決不準後退！”
該旅官兵抱定必死的決心，同日軍展開幾次慘烈的肉搏，消滅日軍五百多人。張儒彬團誓死不退，全團高唱《義勇軍進行曲》衝進敵陣，與日軍展開肉搏。張儒彬團長左腿負重傷，仍大聲鼓勵戰士們：“弟兄們，在津浦南段犧牲，雖死猶榮，一息尚存，就要決戰到底！”
雙方反複爭奪多次，小蚌埠終於被日軍占領。戰至傍晚，槍聲停息了，全團僅有一人生還！12日，日軍占領了臨淮關、蚌埠等地。
第五戰區司令長官李宗仁聞訊，不禁為之一驚。他趕緊帶著參謀長徐祖詒來到前沿陣地，登上一處高地，俯視著淮河。隻見寬闊的河麵上，湍急的河水滾滾東流。
李宗仁舉起望遠鏡，望著遠處的原野村莊、戰火硝煙，輕聲說：“淮河是徐州南麵最後一道屏障了，不能丟啊！”
徐祖詒說：“德公，看來淮河一線隻靠於學忠一個軍來防守，實在是兵力單薄啊！”
李宗仁說：“是啊，當務之急，是火速增調援兵，加強淮河防務！”
徐祖詒問：“援兵，調誰呢？”
李宗仁果斷地說：“西北軍名將——張自忠！”
2月13日，李宗仁將剛轉隸五戰區的張自忠第59軍調來，接替了第51軍防地。第51軍撤至西寺坡車站一帶休整。
16日，張自忠指揮第59軍向火星廟、新橋方麵日軍發起猛烈攻擊。新銳之師銳不可擋。日軍抵抗不住第59軍猛攻，向曹老集潰逃。第59軍緊追不舍，一直追至曹老集、胡家口之線。17日，一舉攻下曹老集。爾後又向淮河北岸日軍發動全線進攻，勢如破竹所向披靡。經第59軍連日打擊，淮河北岸日軍傷亡2,500多人，陣腳大亂。
李宗仁抓住時機，命令第31軍由淮南鐵路向上窯、鳳陽，令新隸屬五戰區的第21集團軍第7軍由合肥向明光、定遠分別實施側擊；同時要求空軍支援，轟炸蚌埠、臨淮關之敵，迫使日軍將已渡淮北的主力撤迴淮南，以加強蚌埠及津浦路防守。
張自忠乘機命令第180師和第38師各組成一個加強團，向小蚌埠之敵實施反擊，於20日收複小蚌埠。迫使淮河以北日軍全部撤迴淮河以南。
同日，李宗仁按蔣介石指示，電令張自忠即調赴臨城待命。津浦路南段仍由於學忠第51軍防守，暫時與日軍隔淮河對峙。至此淮河阻擊戰結束。