由於有林漢這個人形雷達的掌控戰場，加上大批FW90在這個時間點透過蘇聯進入中國。大量補充了新飛機的紅軍取得了徐州戰役的制空權。不但擊落大批日本戰鬥機，也讓日本人想透過空投的方式為困守臺兒莊一帶的日軍提供補給的設想成為泡影。
而在同一時間針對臺兒莊地區日軍的圍攻依舊沒有停止。圍殲戰從一月二十二日一直打到一月三十一日，日軍的地盤被不斷壓縮，到了二月一日時，已接近彈盡糧絕的日軍多次發動“板載”刺刀衝鋒，卻被包圍他們的紅軍打了回去。
戰爭打到二月三日時，此時日軍的三個師團已被壓縮到臺兒莊地區長不足四公里，寬不足三公里的狹小地區，總兵力已不足兩萬人，彈藥糧襪近乎用盡，而能戰之兵已不足五千，餘下的全是傷員，已接近崩潰的邊緣。
如果此時紅軍繼續猛攻，最多隻有四十八小時可以結束戰鬥。但是中共上層這時打起了圍城打援的主意，將攻擊的重心轉向連雲港方向的援軍。
到了二月七日，一直等到被頂在東海縣的日本援軍被掉過頭來的紅軍包圍後，針對臺兒莊的日軍的總攻令方才下達。到了二月九日凌晨，一面紅軍旗幟插在了臺兒莊的土地上，三個日本師團就此“玉碎”。
完成了對臺兒莊日軍的圍殲後，紅軍全部的主力掉過頭來全力猛攻困在東海縣的五萬日軍。在此期間，日本軍部透過連雲港象添油般不斷地增兵。
在得到連雲港軍的支援後，被圍困在東海縣的日軍於二月二十日部分突圍成功，只有五千多人在紅軍團團圍攻下殺出重圍和連雲港方向援軍會合。
而後損失慘重的日軍退守連雲港，而紅軍擔心日軍艦炮的威脅，也只是包圍了連港的外圍。
打了近三個月的徐州會戰，就此告一段落。
此戰紅軍在山東到蘇北戰場上，總計投入了六十餘萬人的兵力，而日軍方面，包括新登陸山東的部隊和連雲雲港的援軍，前後總計投入十一個師團二十萬人，而戰役後期更從河北調來三個師團的授軍。
戰後，日軍方面三個師團撤編，三個師團被徹底打成殘廢，戰死數量達十萬人，傷達三萬人之多（大都被俘）。空戰中被擊落的飛機數量更高達五百餘架。對於1936年的日軍來說，這是傷筋動骨的大損失。之所以戰死者遠勝傷者，主要是這個時代的日軍被軍國主義思想洗腦嚴重，被圍殲的三個師團幾乎全是死戰不降，紅軍方面俘虜不多。
而佔據優勢的紅軍，在這場圍殲戰中，也付出陣亡五萬人，傷近十二萬人的慘重代價。在戰略上佔盡優勢的情況下，紅軍的傷亡損失總和卻比日軍大，也讓紅軍親身體會到了日軍和從前炮黨的那些廢材部隊的不同之處。
鐵軍，鋼軍，從來都是惡戰中鍛煉出來的，而不是靠練兵就能練出來的。過去幾年的國內戰爭，由於林漢這個穿越者的破壞，紅軍所打惡戰苦戰並不多，上海之戰也勝得太過輕鬆，在徐州之戰，紅軍終於補上了這一課。
此戰過後，在戰爭中學會了如何打苦戰和惡戰的紅軍，將來只會變得更強。經歷過這三個月血戰的紅軍在補充了新兵，新老混和之後，戰鬥力不但不會下降，綜合戰力反而會有所提升。
而日軍這種長期洗腦和嚴酷訓練打磨出來的精兵，可不是那麼容易補充的，這些精兵本身已到了單兵素質的極限，大量地補充新兵後，綜合戰力反而會下降。
徐州戰役結束後，紅軍和日本方面都各有所得。
紅軍上層已徹底明白，短期內想要速勝日本是絕對不可能的。抗日戰爭依舊是一場艱苦而長期的戰爭，紅軍自身還不成熟，許多地方還有成長的空間。
徐州戰役中，紅軍事前進行了周密的準備，戰場是自己選定的，戰前更將上百門150毫米重炮調到此地，無論是炮火方面還是航空兵器方面都佔據上風，但就是這樣佔盡上風的陸地正面戰，傷亡比的損失依舊沒有佔優。
而這種形式的戰爭，中共高層知道自己暫時還不能長期打。為了打這場戰役，浦東戰役結束後，後方用三個月時間生產囤積的炮彈被用掉了大半。而從六月起大戰至今，紅軍前期透過各種手段囤積的二十萬噸航空燃油，也用得七七八八。若非紅軍已有自己的煤化油工廠，月產液化航空汽油兩千噸，勉強還能補上這燃油的缺口，否則戰機都將因為缺油而無法出動。
日本陸軍是紅軍最好的“老師”，戰爭再持續下去，紅軍只會越戰越強。
而日軍則明白了一件事，他們的對手，不一樣了。一些清醒的日本人已