池峰城師長在電話中向孫連仲總司令請示：“是否可以撤退到運河南岸去？”
孫連仲毫不猶豫地命令：“部隊決不能撤退。士兵打完了，你自己填上去。你填過去了，我就來填進去。有誰敢過河者，殺無赦！”
池峰城師長以必死的決心組織部隊抵抗，把增援的日軍擊退。
這夜，第31師的敢死隊在夜暗中衝入日軍陣地。日軍連日作戰，沒有料到中國軍隊會在半夜裏突然殺出來，倉惶應戰，潰不成軍。敢死隊的一場夜戰，台兒莊陣地被孫連仲奪回了3/4.
這是中國守軍的一個奇跡。這場夜間戰鬥，湯恩伯指揮的部隊沒有參加。
4月5日，蔣介石打電報給湯恩伯，嚴厲指出：“台兒莊附近會戰，我以十師之眾對師半之敵，曆時旬餘未獲戰果。該軍團居敵側背，態勢尤為有利，攻擊竟不奏效，其將何以自解？急應嚴督所部於6、7兩日奮勉圖功殲滅此敵，毋負厚望。”
在蔣介石的嚴厲命令下，湯恩伯指揮部隊向日軍的後背攻擊。
4月6日拂曉，台兒莊陣地上仍然是硝煙彌漫，幾聲槍響打破了黎明的寂靜。瀨穀啟少將看到自己的部隊損失慘重，已經難以繼續戰鬥了，幾經思考，命令部隊停止攻擊，收縮陣地，準備於傍晚撤出台兒莊。誰知，磯穀廉介中將接到以上情況報告以後，堅決不同意日軍撤出陣地，命令他們立即轉入攻勢行動，去消滅台兒莊的中國守軍。
瀨穀啟看到中將發來的命令，又看了看陣地上到處都是死傷的日本兵，把這份命令緊緊地捏在手中。日本軍隊軍紀嚴明，這天晚上，有的日本鬼子卻不顧軍紀，逃離台兒莊。
晚上，中國軍隊對日軍發動全線攻擊。日軍隊形混亂，東奔西逃。第2集團軍和第20軍團的官兵內外夾擊，越戰越勇。
為了徹底殲滅潰逃的日本鬼子，第89師第529團團長羅芳圭同副團長李有餘一起來到前沿陣地，仔細觀察敵情。他們這支部隊已經同日軍激戰多日了，現在要爭取最後的勝利。突然，一發炮彈落下來，在羅芳圭團長的身旁爆炸了。羅芳圭團長身一歪，倒下了，彈片擊中了他的頭部和胸部。
警衛人員見狀，大吃一驚，急忙過來搶救團長。
羅芳圭躺在一名戰士身上，微微睜開眼，當他看到周圍的人都為搶救他而忙碌時，想掙紮著坐起來。他用微弱的聲音說：“餘死無足惜，君等但須繼續前進……”
一位年輕的團長終因流血過多，在大會戰勝利的前夕，光榮犧牲了。
日軍被擊潰了。將士們聚集在羅團長身旁，把一束束鮮豔的桃花放在他的遺體旁。山坡上，那些盛開的桃花在微風中搖擺，仿佛在向英雄誌哀，向英雄告別。
至4月7日淩晨，被圍困的日軍瀨穀支隊除少數鬼子突圍到達嶧縣固守待援外，其餘全部被殲滅。
台兒莊戰役，以中國軍隊的全勝而落下了帷幕。
一場血戰結束了。第5戰區司令長官李宗仁在作戰廳長劉斐的陪同下，來到台兒莊陣地，進行巡視。看到戰場上中國軍隊官兵壯烈犧牲的動人情景，劉斐對李宗仁說：這場戰鬥打得這麼苦，國民政府應該大力宣傳，以振士氣。
李宗仁頻頻點頭，他對身邊的人說，把台兒莊戰役的詳細情況電告各方，多做宣傳，擴大影響，鼓舞抗日士氣。
台兒莊戰役，中國軍隊給予來犯日軍殲滅性的打擊，摧毀坦克30多輛，繳獲了大批軍用物資。據日軍華北方麵軍參謀第3課統計，2個師團一共死傷1.2萬餘人。
這是中國軍隊在抗日戰爭中取得的最大的一次勝利，這個勝利，鼓舞了中國軍隊的士氣，沉重打擊了日軍的囂張氣焰。日軍《步兵第10團戰鬥詳報》記載，台兒莊中國守軍“決死奮戰之狀曆曆在目”，“士兵依靠塹壕頑強抵抗直到最後”；塹壕中屍山穴河，“睹其壯烈者亦為之感歎”。
台兒莊大捷，鼓舞了中華民族的抗戰激情，掀起了抗擊日寇的高潮。為了慶祝這一勝利，武漢舉行了10萬人的大遊行，遊行隊伍前麵，用卡車載著李宗仁和白崇禧的巨幅畫像。軍事委員會參謀長何應欽在國民黨五屆五中全會報告軍事時，稱：“敵阪垣、磯穀兩師團，直迫台兒莊，經孫連仲部堅強抵抗，以楊軍團由東北向西南壓迫，並以孫桐萱、曹福林、李明揚各部，渡過微山湖，斷敵交通補給，迄4月3日，我包圍之勢已成，對台兒莊之敵，乃實行總攻，敵傷亡約達2萬人，幾全部殲滅，我俘獲無算，為抗戰以來空前之大勝利。”
徐州會戰，日軍大本營深感兵力不足，侵華的戰線太長就是一個重要原因。
毛澤東特別強調：“我們若能運用運動戰、陣地戰、遊擊戰3種方式互相配合，必能使敵軍處於極困難地位。”台兒莊戰役，就是陣地戰與運動戰的互相配合，奏響了勝利的凱歌。
國民黨高級將領陳誠認為，台兒莊之戰勝，在戰略上考察，乃各戰場我軍努力之總和，不可視為一戰區之勝利。
徐州會戰期間，八路軍積極開展敵後遊擊戰，牽製了日軍的大量兵力，使其無法向徐州戰場增援。當時，在華日軍一共有9個半師團，用於山東方向作戰的隻有第5、第10師團。如果沒有廣泛的遊擊戰的配合，日軍再向山東方向增加兵力，就可能出現另一種結局。
在中國機械化部隊的衝擊下，日軍的騎兵敗退。台兒莊戰役的勝利，是抗日將士用鮮血和生命換來的。台兒莊大捷，中國軍隊付出了沉重的代價。參戰4.6萬多名官兵，傷亡和失蹤7500人。戰鬥結束後，全國的許多報刊紛紛報導抗日將士打擊日本侵略者的英勇事跡，其中，長沙《大公報》在4月15日發表了題為《扼守南口威震中外，台莊會戰為國捐軀》的文章，悼念羅芳圭團長。國民政府軍事委員會追贈羅芳圭團長為陸軍少將。蔣介石等國民政府軍政要人，有的為其墓碑題詞，有的親送挽聯。
中共中央副主席周恩來得知羅芳圭團長在台兒莊戰役中以身殉國，深感悲痛，提筆寫挽聯悼念這位抗日將士。
中國人民不會忘記抗日英雄。1988年5月18日，中華人民共和國民政部追認羅芳圭為革命烈士。