在康百万与方绍舟配合国军开展淮河防卫战的时候，徐州会战的北线战斗也正在激烈进行。
徐州会战北线战斗，前期主要是围绕台儿庄的作战，后期主要是徐州突围战和豫东一线的作战。
在前期战斗中，中国军队投入了陆军29个师加1个旅，共计投入总兵力约28.8万人；在后期战斗中，随着战况不断加剧，中国军队增加到了64个师加3个旅，共计投入的陆军总兵力大约达到了45万人；另外还有少量架次的中国空军飞机也给予了一些战地支援。
前期日军投入了陆军3个师团，共计投入总兵力约7.6万人，并随着战况的激烈程度又逐次增加了一部分陆军兵力；后期日军增加投入的陆军达到了8个师团加3个混成旅团，共计投入陆军的总兵力大约达到了24万人；另外日军配有一个临时航空兵团(下辖第1、第4两个飞行团)和第3飞行团。
1938年2月中旬，负责北线作战的日军华北方面军第2集团军司令官西尾寿造指挥两个师团分东、西两路南下。
西路日军由矾谷庆介率第10师团沿津捕路南下后，这是攻打徐州的主力，这路日军南下之后，一路势如破竹。
津浦路北段保卫战东部，原由第5战区副司令长官兼第3集团军总司令、山东省主席韩复榘指挥，可是韩复榘在日军到来前就放弃了坚固的济南城，放弃了黄河天险，不战而逃，使防守日军南下的东大门济南城豁然洞开，让日军得以长驱直入。
韩复榘放弃了济南城和黄河天险，这给鲁南和苏北的韩德勤部守军陡然带来了巨大压力，蒋介石为此十分恼火。
韩复榘原是“西北王"冯玉祥手下能征惯战的“西北军十三太保”之一，而且韩复榘在西北军中还有小诸葛之称，但是因为他多次与蒋介石闹矛盾，尤其是西安事变时，他通电支持张学良、杨虎城逼蒋抗日，将他与蒋介石的矛盾进一步加深。
蒋介石抓住韩复榘这次不服从命令不战而逃的罪名，让军统局逮捕了他，继而被国民军事委员会判处死刑，执行了枪决。
在韩复榘被执行枪决后，第3集团军先由张自忠兼任总司令，后改由被蒋介石收买了的原韩部第12军军长孙桐萱任集团军总司令。
1938年2月10日，李宗仁为了确保徐州地区的安全，他电令孙桐萱率部向支河以东地带推进。
孙桐萱接电后，他正要立功报答蒋介石对他的栽培，他立即率领第3集团军赶往支河以东地区，就地与日军进行了数轮激战，有力地钳制了日军第10师团的一个旅团，从而支持了津浦路正面的台儿庄作战。
1938年3月上旬，西路日军第10师团向徐州北边的山东滕县发动了猛烈进攻，同时日军第5师团也由山东临沂向西侧的峄县推进，配合第10师团作战。
日军第10师团在攻打滕县时，以第33旅团为基干，组成了濑谷支队，该支队于3月14日开始从邹县南下，攻打藤县。藤县守军与日寇展开了数日激战，负责守城的川军第122师师长王铭章在滕县县城壮烈殉国，藤县随即失守。
藤县失守后，为了保卫徐州，李宗仁急调孙连仲第2集团军的3个师扼守住台儿庄正面的阵地，并电令蒋介石嫡系汤恩伯的第20军团以一部担任台儿庄至韩庄间的大运河南岸的防务，以两个军向峄县（今峄城）、枣庄的日军侧背进行攻击，以配合孙连仲部围歼濑谷支队，然而汤恩伯接到李宗仁电令后仗着蒋介石的宠幸迟迟不予行动。
日军第10师团濑谷支队在攻占了滕县县城后，狂妄自大，一心想抢占攻取徐州的头功，因此不顾在其两翼的日军第5师团其他各部和第10师团的长濑支队进攻受阻的态势，孤军向台儿庄突进，企图凭借一个支队的兵力一举攻下徐州城。
李宗仁抓住濑谷支队单兵冒进的战机，命令孙连仲部固守台儿庄，并上报蒋介石，再给第20军团汤恩伯发去急电，给汤恩伯下了死命令，让汤恩伯部与封裔忠两个军团长各自让开津浦路正面，转入兰陵及其西北云谷山区，诱使濑谷支队深入，然后务必尽全力出击，伺机破敌，否则军法处置。
3月23日，濑谷支队由枣庄南下，在台儿庄北侧的康庄、泥沟地区，与守军的警戒部队发生激战。
3月24日，蒋介石乘专机亲临徐州城视察战况，为了配合李宗仁协调指挥各部，同时派副参谋总长白崇禧、一厅（作战厅）厅长刘斐等组织了军官临时参谋团，到徐州协助李宗仁指挥作战。
白崇禧在离开武汉赴徐州前，他特邀共产党派驻代表周恩来和叶剑英到其寓所，共同商讨津浦路南线国共对日协同作战事宜。
此时，根据国民政府军事委员会命令，原南方8省13个地区(不包括琼崖红军游击队)共产党领导的红军和游击队，正在改编为国民革命军陆军新编第四军(简称新四军)。
1938年2月上旬，江南的各游击队奉命到皖南歙县岩寺（今安徽省黄山市徽州区岩寺镇）集结进行了整编；江北各游击队分别在湖北黄安（今湖北省黄冈市红安县）七里坪和河南省确山县竹沟集结进行了整编。
整编过后的新四军，下辖四个支队：第一支队，陈毅任司令员，傅秋涛任副司令员；第二支队，张鼎丞任司令员，粟裕任副司令员；第三支队，张云逸兼任司令员，谭震林任副司令员；第四支队，高敬亭任司令员，杜平任副司令员。同时中共中央成立了中央军委新四军分会，由项英任书记，陈毅任副书记。全军除四个支队外，另设军部和军部特务营，共有将士10300人。
白崇禧在去徐州会战北线战场前，他找周恩来和叶剑英正是商讨这在长江两岸刚刚整编的新四军配合国军进行南线防守淮河作战的事宜。白崇禧深知这些共产党红军游击队具有很强的战斗力，他们的游击战术正是这时候拖住南线日军的法宝。
方绍舟在获知国共两党在南线协同对日作战的信息后，他在康百万等人的建议下，派康百万和方国忠主动与在皖南的新四军取得了联系。
从皖南回来，康百万不但与新四军取得了联系，而且他还得到了一个令他兴奋不已的消息。康百万听接待他们的新四军同志说，在蚌埠一带及洪泽湖西也有一支正在改编的新四军队伍，他们是原来战斗在那一带的黄春圃领导的红军队伍，新四军军部的同志让康百万等人设法联系黄春圃的部队与他们协同作战。
康百万听此消息，他不由地想起了他和表弟杜恒有当年送到洪泽湖西养伤的盱眙红军的领导人武飞司令，以及他带走的那些红军战士们。
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