昨夜日军偷鸡不成蚀把米，于是二十八日连续对虎皮山阵地进行封锁炮击，并使用飞机进行报复性轰炸。
由于连续作战，阵地前留有大量日军遗尸，今年徐州地区气温异常，非常炎热，日军遗尸开始腐烂。由于日军的炮击和轰炸，这些尸体无法运走，因此阵地上臭不可闻。
但是臭不可闻的阵地也有好处，自此以后，第十师团濑谷支队再也没有对虎皮山发动地面进攻。
日军第十师团在虎皮山阵地连续受挫，他们这一次终于将进攻重点对准了第二师。
第二师的阵地同二十五师阵地相连接，处于虎皮山二十五师的右翼，进攻第二师的是日军第五师团的坂本支队。
五月一日，数百日军步兵在飞机大炮的火力掩护之下对第二师大刘庄一线阵地发起了猛烈进攻。
第二师师长为抗日名将郑洞国。
郑洞国，湖南石门县人，黄埔一期毕业，在黄埔系中素有“长者”美誉。郑洞国一九零三年出生，在黄埔一期并不具有长者的年龄，堪誉为“长者”是因为他有宽厚的胸怀、博大的气度。郑洞国用兵稳健大胆，长于夜袭，为黄埔一期生中的佼佼者。
日军的进攻气势汹汹，但郑洞国的第二师也非弱者。大刘庄的守军早就构筑了坚固的工事，他们一方面凭借工事顽强抵抗，另一方面不断派出小股精兵，对坂本支队的侧背发动攻击。
在第二师这种主动防御之下，日军进攻的声势很大，但是伤亡更大，最终不得不溃退下去。
五月二日，日军再次对大刘庄进行强攻，但是再坚强的守军面前，坂本支队再一次重演了第一天的溃败。
连续两日强攻不成，坂本支队改变了进攻方式。五月二日晚，日军利用夜色作掩护，他们派一部分兵力悄悄接近守军阵地，并就地潜伏下来。
三日拂晓时分，日军飞机大炮突然对第二师阵地进行密集轰炸，潜伏的日军凭借飞机大炮的掩护突然发起波浪式冲锋。
郑洞国的第二师也是久经阵仗，他们善打恶仗硬仗。日军的突然进攻虽出乎他们的意外，但是经历了最初的慌乱之后，守军立刻组织起来，他们拿起手中的武器以最猛烈火力回敬鬼子们，日军死死伤枕籍。
近距离的战斗最需要的是可连续发射的自动武器，而这些正是攻防双方都缺少的，日军不顾伤亡的波浪式冲锋在第三波的时候取得了效果，一部分日军冲进了守军的阵地，两军展开了大规模的白刃战。
当双方绞杀在一起时，日军怕误伤自己的士兵停止了炮击。虎皮山上二十五师炮火及时支援第二师，炮兵们对鬼子的后续部队进行拦阻射击，日军的后续部队被炸得七零八落。
冲进大刘庄阵地的鬼子成了一伙孤军，第二师的守军凭借人数上的优势逐渐占据了上风。双方激战至中午，大部分的鬼子被歼灭，小部分鬼子仓皇逃跑。
日军进攻大刘庄损兵折将，他们不得不暂停进攻以补充兵力。而第二师为了保持部队的锐气，也将大刘庄的守军轮换为刘玉章指挥的第七团。
过了两日，经过补充的日军改变进攻重点，他们向大刘庄右翼发动重点进攻。经过一天的激战，日军攻占了第二师一个营守卫的一个小村庄。
五月六日，日军从三个方向大刘庄发动进攻，刘玉章的第七团坚守不退，打退了敌人一次次进攻，大刘庄阵地始终屹立不动。
日军为了方便对第二师发动进攻，他们连夜在大刘庄阵地前的麦田里构筑工事。日均如此近距离停留在阵地前绝对是个巨大威胁，郑洞国当机立断，他立即调来师预备队配合大刘庄的第七团从两翼对日军发动大规模夜袭。
第二师的果断出击给骄傲的日军狠狠一击，战至第二日凌晨，阵地前的日军全线崩溃，阵地前遗留尸首两百余具，余者溃逃。
此战之后，濑谷支队、坂本支队再也不敢对五十二军发动进攻，仅以零星炮火对五十二军进行炮战，以牵制五十二军主力。
五十二军在徐州战场的征战，是关麟征一生军事生涯中的巅峰之作。蒋介石在一次讲话中这样说道：“中国军队如果都像五十二军那样战斗力强，打败日本军队是不成问题的。”真正的勇者也会得到对手的尊重，战后板垣征四郎评价五十二军道：“关麟征的五十二军应视为普通支那军的十个军。”
五十二军在虎皮山一线和日军在对峙，而徐州战场形势却急转之下。
在国军一方，第二集团军、第二十二集团军、第五十一军、第六十军、第九十二军等在韩庄以南运河沿线以及邳县以北艾山、连防山、燕子河一线成功阻止敌人的进攻，但是这些国军精锐却与敌人以阵地战互相胶着，国军几乎所有的机动打击力量都在被动防守，徐州战场失去了战场的主动权。
而在日军方面，日军第六师团攻陷合肥，解除了华中派遣军的主力北上的侧背之忧；第九、第十三至团攻陷蒙城、永城重镇后，一部向陇海路上的黄口突袭，另一部进至徐州西南四十华里的萧县地区；苏北日军第一零一师团攻陷高邮、宝应，并积极向邳县西进，以包抄徐州；津浦路北段的第十六师团攻陷鱼台、金乡、丰县；第十四师团由濮县附近渡过黄河，连克郓城、郢城、菏泽、曹县，威逼兰封地区，此举切断了中国军队第一、第五战区的联络；运河以北正面日军绕过台儿庄，渡过微山湖占领了沛县，其先锋部队距徐州仅十余华里。
徐州已陷入日军四面包围的局面，为保存抗战的力量，最高统帅部下达了撤退的命令。
五月十日，五十二军阵地交由第二军防守，五月十三日，五十二军奉命回到归德整补，二十五师从此退出徐州战场。
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