1938年2 月5 日，日军第九师团在完全占领了蚌埠城和淮河西岸的怀远县城后，为了加紧配合北线日军夹击徐州，在侵华日军总部的敦促下，只留下少许部队和老弱残兵留守蚌埠城，随即主力全部向淮河岸边开拔，并集中炮兵优势火力，向对岸驻守淮河的第51军113师防线，展开了猛烈轰击。
由于第51军在撤退到淮河北岸时，炸毁了淮河上的铁索桥，收走了淮河岸边几乎所有大一些的渡船，因此日军为了渡河，只能临时组织工兵和民工紧急制作木排。
日军在准备好一些木排后，又强抢了一些没有撤走的少量民船，就组织敢死队开始尝试强渡。
2月8日拂晓，借着日出前浓雾的掩护，日军第九师团的大股部队从秦集镇北上，向蚌埠方向运动，兵峰直指国军防守蚌埠段淮河的主力部队第51军113师的淮河岸边阵地。
上午9时30 分，日军开始向113师第339旅防守的阵地龟山头和小街镇展开侦查式炮击。11 时许，日军又派出了侦察机在淮河战线上空盘旋查看，在侦查清楚了第51军的防守阵地后，日军随即组织了24 架轰炸机对113师337旅在小蚌埠镇构筑的防守阵地进行了猛烈轰炸。
下午5 时左右，日军飞机在进行了一番狂轰滥炸后，又集中炮兵的全部火力猛烈轰击对岸的小蚌埠镇，同时派出了两个中队的步兵，借助那些木排和抢来的民船从小蚌埠镇向对岸河口展开强渡。
国军第113师337旅的第673团奋起抵抗，经过激战，将强行渡河的两个中队日军步兵全部击退。
晚上8 时许，日军不甘心首轮强攻的失败，又增派了一个整编大队，登上了那些木排和民船，并紧急调来了三艘汽艇，加强冲锋的攻击力度，再次强行突击渡河。
国军第673团团长梁忠武上校从望远镜中察看到了鬼子的新动态，他认识到小蚌埠镇防守兵力严重不足，见情况万分危及，他紧急命令该团第三营全体官兵快速跑步增援小蚌埠镇的守军。
第三营官兵接到了梁团长命令后，立刻出发，很快到达了小蚌埠镇。三营官兵在日军猛烈炮轰下沉着迎战，他们潜行到淮河岸边，在隐藏好自己的踪迹后，密切观察渡河日军的动向，等到日军的大队人马都到达了淮河中间时，第三营及所有防守小蚌埠镇的守军突然火力全开，对到达河中心的日军进行猛烈扫射，并集中小钢炮对准日军渡河的那些木排和民船进行精准轰炸。
在守军的全力反击下，日军那些渡河的木排纷纷被击散，民船也纷纷被击碎，渡河日军顷刻大败，许多日军在坠入河中后，拼命向河岸边挣扎，坠河的日军大部分被冰冷的河水吞没，少数没有淹死的日军，虽然有幸冲上了第673团三营防守的岸边，但是也被早早守候在岸边的三营官兵迅速击毙。
第113师师长周光烈收到了337旅传来的两番报捷战报，虽感欣慰，但是也感到防守压力十分巨大。
就在周师长忧虑之时，他又收到了对岸蚌埠情报站传送过来的情报。情报显示，日军集中大量兵力准备在当晚21时从小蚌埠镇实施强渡。
周师长深知在59军赶到增援之前，自己部队在淮河北岸的防线拉得太长，现在各旅、团守军都是在单线苦撑，兵力都拙荆见肘，现在有了这一准确情报，那么就掌握了防守的主动权，这在很大程度上减少了防守的难度。
周师长根据这一情报，迅速调整部署，他派出自己身边仅有的师预备队，紧急赶往小蚌埠镇苏台子增援，为防守小蚌埠镇的守军再构筑了一道防线。
当夜21时许，大股日军果然在小蚌埠对岸集积，他们开来了40 多辆装甲车和其他战车，在淮河南岸的大堤上一字排开后，所有车灯全部打开，集中为准备强渡的日军照明。在这些装甲车和和其他战车灯光的照耀下，日军又一次组织了700 多人的敢死队，乘船和涉水强行渡河。
第673团小蚌埠镇的岸边阵地在日军车灯照耀下，彻底暴露在了日军的炮火中。日军在经过一轮狂轰烂炸后，第673团人员死伤惨重，岸边阵地也变地支离破碎，再也无法抵挡日军敢死队的疯狂进攻。
日军敢死队在炮轰过后，集中优势兵力突破了北岸守军的岸边防线。第673团守军的一个营在激战后幸存下来的士兵还不足一个连，残部无法再坚守阵地，只好边打边向北撤退，小蚌埠前沿阵地随即被渡河日军占领了一大半。
小蚌埠镇前沿阵地被突破后，周光烈师长电话紧急叫通了第337旅的旅长窦光殿，严令他必须立即组织兵力恢复失守的前沿阵地，哪怕第337旅的官兵为此全部战死，那也在所不惜。全军不能因为第337旅防守的这块阵地被日军撕开了口子，而导致第51军整个淮河防线的全面崩溃。
仗打到这样的关键节点，这时候靠的就是指挥官的勇气和决心了。窦旅长在接到周师长的严令后，他明白这块阵地丢失后对整个战局的严重性，于是他亲率旅部余下的所有官兵，连夜赶到了小蚌埠镇吴台子前线，他手持大刀亲临一线，亲自督令第673团组织力量进行反攻，并抽调出了第674团的一个营趁着夜色推进到了苏台子，以策应第673团的反攻。
第673团梁忠武团长根据旅长指令，迅速集中了两个营的兵力，全力实施反攻。反攻开始后，梁团长身先士卒，冲杀在前，日军在夜间立足未稳，被第673团突然展开的反攻，彻底打乱了阵脚，全队立刻大乱。
到了2月9 日午夜1时许，第673团终于夺回了所有失守的小蚌埠前沿阵地，将前番渡过淮河的日军大部分歼灭，残余日军只好又仓皇逃回了淮河南岸。
2月9 日拂晓，日军继续以重炮轰击对岸守军阵地，并出动了20余架轰炸机轰击小蚌埠镇。周光烈师长命令第339旅将阵地延伸到山阳寺，让337旅抽调第674团接替小蚌埠镇防线。
2月9 日傍晚，日军再一次组织强渡，又被岸边守军击退。见战况惨烈，于学忠军长亲自到小蚌埠镇前线阵地视察，苏联顾问与美国记者也随行到前线进行战地采访，以进一步激励守军士气。
2月10日拂晓，日军继续轮番炮轰小蚌埠镇，并继续组织强渡。在岸边防线即将被日军再次攻破的紧要关头，第337旅旅长窦光殿手持大刀，率先冲出战壕，率领防守部队与敌人展开贴身肉搏，一举将登陆之敌400余人全部消灭在前沿阵地上，另有300多名鬼子也被反击守军击毙在河中，但是经此一战，第337旅伤亡也十分惨重。
2月10 日上午10 时许，日军经过多番强攻后，又有1000多人攻上了北岸的守军前沿阵地，接着占领了小蚌埠镇，第337旅残部只好退守到了师预备队新构筑的另一道防线苏台子。
2月10日上午11 时，日军猛扑第673团阵地，第673团孙文彬营死守阵地不放，与日军进行了四番肉搏战，全营官兵几乎死伤殆尽，孙文彬营长也身受重伤。梁忠武团长见状亲率全团进行反扑，才将攻击孙文彬营的日军击退。
周光烈师长在日军攻占小蚌埠桥头阵地之后，急忙调整守卫部署，调集军队对攻进小蚌埠镇的日军实施包围，拟趁敌军驻足未稳之际，对其实施围歼。因为第337旅已经伤亡过重，周师长调用第339旅一部作为反攻小蚌埠镇的主力。
第339旅接到命令后，其第678团团长李玉唐率领该团第三营及第677团第三营，快速向山阳寺以东推进，第113师的炮兵营一个连也变换了阵地，为反攻部队提供炮火支持。
窦光殿旅长不甘心自己防守的阵地失守，他将第337旅残部重新合并为第674团，交给张儒彬团长统一指挥，配合339旅部队对攻占桥头阵地的日军进行全力反攻。
2月10日下午1 时许，第113师反攻部队全部就位。第339旅两个营与第337旅拼凑的第674团，在白天毫无隐蔽遮挡的情况下，穿过没有任何掩蔽物的开阔地带，向占领小蚌埠镇的日军全面展开了攻击行动，进攻场面十分悲壮。
日军猛烈扫射和轰炸从开阔地带上勇猛冲杀过来的进攻部队，第339旅两个营与第337旅残部的勇士们在攻击中前赴后继，纷纷倒下，战况十分惨烈，但是窦光殿旅长与李玉唐团长咬牙坚持向前推进。
2月10日下午5 时左右，攻击部队在经过十分惨烈的激战后，第339旅两个营的官兵终于逼近了小蚌埠镇，李玉唐团长随即下令对敌据守火力点进行攻坚。
在攻坚战中，李玉唐团长亲自率队奋勇冲入日军的碉堡群，与日寇进行惨烈肉搏。在李玉唐团长的带领下，第678团第八连连长王歧、第九连连长王文庆身先士卒，先后攀登上了日军的碉堡，在炸毁敌人碉堡的同时壮烈殉职，第677团第九连连长徐斾钧在肉搏战中身受重伤。第339旅两个营在攻坚战中伤亡过半，但是李玉堂团长依然不肯撤退，肉搏战一直坚持长达三个多小时。
周光烈师长见战况紧急，马上又投入了第339旅第677团第一营，并以第677团张炳南团长接替678团李玉堂团长指挥，利用夜幕掩护，坚持夜战。
张炳南团长赶到战场之后，严密部署，他以师炮兵连轰击日军碉堡，掩护步兵继续进攻，同时第337旅窦光殿旅长也亲到苏台子指挥，士气大振。
第337旅第674团团长张儒彬身先士卒，亲自率领全旅余部，一举突入了小蚌埠城区，与日军展开了激烈巷战。第674团第三营常营长身负重伤也坚持不下火线。
第337旅突入小蚌埠后，第677团张炳南团长也率第339旅援军三个营，在炮兵掩护下突入了小蚌埠日军主阵地文昌宫，张儒彬团长率部迅速通过街市攻占了河堤，切断了过河日军的退路。
日军见退路被断，立刻大乱。第677团乘势也向河堤延展，日军拼死对第677团第一营进行反扑，以期夺取河堤的退路。第一营第一连连长马德贤在与敌人肉搏中重伤，第二连连长王奎峰壮烈殉职，日军在夺取河堤的战斗中伤亡也异常惨重。
2月10日夜10 时许，日军残部被彻底赶出了小蚌埠镇，日军过河的联队只得重又渡河逃回了淮河南岸，小蚌埠镇终于被113师重新收复。
2月11日拂晓，日军再度以猛烈炮火轰击小蚌埠镇，并投入生力军，再度组织强渡。守军经过彻夜激战，早已疲乏至极，但是驻守河堤的张儒彬团长仍然率部奋勇迎敌，日军五度冲上河堤，又五度被张儒彬团长率部赶下河堤。
2月11日上午9 时许，张团长身负重伤，守堤部队也伤亡殆尽，河堤阵地终被日军突破了一个口子。
2月11日上午10 时，第674团退回到了师预备队设置的最后防线苏台子。
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