随后，蒋介石在第五战区司令部召开了军事会议。
作战会议上，李宗仁对着地图把敌我态势和第五战区决心固守台儿庄吸引敌人来攻、而后予以聚歼的作战方案报告了一遍，蒋介石听后频频点头，仔细询问了台儿庄的地形和我军固守部队的战术对策，然后提出，南京保卫战打的很漂亮，虽然丢失了南京，但民众、机关、工厂、物资顺利转移，重创了日军，让日军得了一座空城，其消灭我军主力于南京城下的企图彻底破灭。南京保卫战的一些战法值得第五战区借鉴。
说到这里，蒋介石生怕将领们曲解了他的意思，也把徐州来个弃而不守，就说：“德邻，现在日军第十师团孤军冒进，台儿庄周围我大军云集，已形成了口袋，应该督令各部队奋勇作战，全歼此路日军，确保徐州不失。前有刘一民连战连捷，后有王铭章滕县浴血，我军此时士气高涨，第五战区应当下定决心，达成战役目标。”
李宗仁点头称是，提出唯一可虑的是临沂方向，我军虽然击败了日军对临沂的进攻，但日军第十师团第39联队增援已到，我军陷入苦战。如果此时日军第十六师团加入攻击，我军必定不支。是不是向十八集团军通报前线战况，要求在鲁西的刘一民部对津浦路的德县发动攻击，吸引敌十六师团前往增援，保证台儿庄一线战役顺利进行。
一说刘一民，蒋介石心里就泛起了一个疑虑，自从歼灭第二十一师团主力和独立混成第四旅团、吓退日军扫荡冀中的重兵集团后，这刘一民竟然又销声匿迹了。前段时间还给自己发了封电报，要求释放陈瑶光的父母，现在人也放了，怎么连个感谢电也不发了。看来，这**人就是寡情薄意。
想想心里就觉得窝囊，戴笠这家伙这次又栽了，陈瑶光能让刘一民给自己发电报要求释放她的父母，说明她已经被刘一民感化，向刘一民说明了自己的身份。这又是一出现代版的赔了夫人又折兵。这个刘一民，看来是铁了心为**卖命，想把他拉过来变成自己人，难度太大了。
心里想着，蒋介石就说：“这次徐州会战，台儿庄一线围歼日军濑谷支队只是个前奏，后续战斗机会还很多。可以命令第十八集团军各部在敌后积极游击，拖住日军，使其不能增援徐州战场。至于刘一民，暂时不需要他加入徐州战场，你们如果兵力不够可以动用援军。什么时候动用刘一民部，我和朱德、彭德怀已经说了，那是要用在万一战局发生逆转的时候，让他攻击日军某一个不得不救的战略要点，为我军解围。”
说到这里，蒋介石心里忽然就泛起一个念头，刘一民如果能攻占济南，那日军主力岂不是又要重兵回援？到时候说不定就可以趁势收复这山东失地。最好是刘一民的教导师能够打的狠一点，多消灭点鬼子，把鬼子彻底惹恼，和他拼命，来个同归于尽，那样的话能省去多少麻烦啊！
不说蒋委员长心里的计较，那么多将领都端端正正地坐着等他训示呢！蒋介石也不敢自由畅想了，清了清嗓子，用他特有的宁波腔大声说道：“此次徐州会战，关系抗战大局，凡我革命军人，都应坚定有敌无我有我无敌的意志，确定牺牲决心和攻击精神，团结一致，服从指挥，完成聚歼日军濑谷支队的任务。”
蒋介石停顿了一下，眼睛向将领们逐一扫去：“前几天我二十二集团军以八个团不足两万人的兵力，在界河一线抗击日军，旋又在滕县死守三天，以惨重伤亡为代价，重创日寇濑谷支队。5000健儿血染滕县，二十二集团军前敌指挥、一二二师中将师长王铭章壮烈殉国，为**将士树立了榜样。军委会决定，追赠王铭章将军上将军衔，在徐州举行公祭，遗体运回四川安葬。我郑重地告诫各位，要学习王铭章，莫学韩向方。死也要死在自己的阵地上！”
见将领们都在仔细倾听，蒋介石又讲到：“此次徐州会战，我军必胜。原因有四：一是我军兵力雄厚，数倍于敌，且有空军参战。二是我军部署一定，无论是山西还是长江方向，都有部队在阻击袭扰日军，短期内日军不可能增调大规模部队来救援台儿庄。三是日军骄狂，一个大队的兵力就敢率先攻击台儿庄，骄兵必败，这是自古以来颠扑不破的真理。四是经过界河和藤县的一系列战斗，日军濑谷支队伤亡惨重，暂时得不到补充。就是因为这三点，统帅部决心在台儿庄打一个大胜仗，让台儿庄变成日军的坟墓。”
接下来，蒋介石特别强调了台儿庄一线对保卫徐州的重要意义，保卫徐州对武汉备战乃至抗战全局的重要意义，要求各级将领务必深刻体会。
会议结束后，蒋介石下令将新购进的十万具防毒面具全部运往鲁南，严禁士兵饮用凉水和未沸之水，防止日军狗急跳墙施放毒气。指示李宗仁多训练侦探、积极实施夜战。各部队都要留预备队，特别是驻守台儿庄的部队，一定要留足预备队，关键时候拉上去。
为了加强对徐州会战的指导，蒋介石留下了副参谋总长白崇禧、军令部次长林蔚、军令部第一厅厅长刘斐、高级参谋王鸿诏组成参谋团留在徐州协助第五战区司令长官李宗仁指挥作战。自己又乘车返回开封。
蒋介石走后，李宗仁随即命令各部队按照战区作战计划