韩复榘将津浦北段弃守之后，北路防线门户洞开，日军长驱直入，徐州岌岌可危。2月初，军令部建议李宗仁，可将第5战区司令长官部迁往河南归德或者安徽亳县。李宗仁对此大不以为然，他认为敌人南北两战场的重心，正集中对付第5战区，为粉碎敌人速战速决的狂妄计划，徐州保卫战应不惜一切代价，争取更多的时间，以部署武汉保卫战，指挥徐州会战。徐州占有交通、通信方便之利，且地理位置极其重要，是战区司令长官部最合适的处所，其优势是归德、亳县无法比拟的，而且，临战迁移司令长官部，必然影响民心和士气。“重心一失，全盘松动，将不可收拾”。
因此，李宗仁不同意迁移司令长官部，但是，军令部有此建议，中央和长官部不少人都主张迁移，李宗仁不便公开反对，便采取拖延的办法。李派出“设营小组”前往归德、亳县考察，要求详细考察，详细具报，往返费时，台儿庄方面的战局已万分紧张，长官部便不能迁移。有幸长官部未迁，对后来掌握战局和指挥台儿庄大战并取得胜利，徐州确实堪称“心脏”，起了至关重要的作用。
与此同时，李宗仁调兵遣将，努力稳定北线。韩复榘弃守后撤之后，为了加强津浦北线的防务，第5战区调于学忠第51军开赴砀山、黄口一带集结，准备投入北线作战，并决定由第3集团军副总司令于学忠代行该集团军总司令之职权。
旋即，因增调川军邓锡侯第22集团军驰援北线，而南线淮河防务吃紧，遂改调于学忠第51军南下增援淮河防线，投入淮河阻击战。同时，蒋介石考虑到第3集团军仍不失为一支生力军，为调动该部抗战积极性，增强该部凝聚力，为了更易指挥、调动该部积极参战，于1938年1月13日任命该部资深将领第12军军长孙桐萱为第3集团军副总司令，代总司令职（6月7日正式任命为总司令）。
为了稳定北端阵线，确保徐州地区的安全，2月10日，李宗仁命令孙桐萱指挥第3集团军袭取济宁、汶上等日军据点，侧击津浦路北段日军。孙桐萱立即作以部署，命令谷良民第56军第22师（谷兼师长）进攻济宁，第12军（孙兼军长）展书堂第81师袭取汶上。各部受命之后，稍做准备，便立即分别由驻地向攻击目标进发。
第22师奉命后从定陶县出发，昼伏夜行，经巨野、嘉祥，于12日晚自大长沟渡过运河，兵临济宁城下。驻守济宁的日军约一千三四百人，大部驻守南关，城里有四五百人，北关没有驻兵，北门城楼驻有少量日军。济宁位于运河东岸，因运河年久失修，东岸一片沼泽，不能通行，只有城关二十里堡有小木桥可以通过。中国军队撤退或增援都比较困难，而日军则可利用兖州、济宁间铁路，随时可以增援，而且驻汶上县日军有坦克和炮兵，机动性很大，可随时增援济宁。根据这一形势，攻城宜速战速决。
2月14日夜，第22师发起攻城战斗。由于缺乏重武器，无法用火力轰破城墙或摧毁城门，就采用云梯攀登入城，由于梯子多、士气壮，拂晓前有九个连攻进城内。天明之后，城墙上日军增加，居高临下，用机枪扫射，无法继续“爬城”。攻入城内的中国军队，与日军展开巷战，短兵相接，血战竟日，战斗到天黑，九个连牺牲殆尽。城外部队反复组织攻城，伤亡惨重。日军大批援兵赶到，攻城部队腹背受敌，被迫于17日晚撤退到运河西岸。
第81师受命攻取汶上，于12日晚由开河镇渡过运河，立即向汶上县城发动攻击，一部由城西北攻入城内，进行巷战，其余攻城未成，死伤甚多。13日增援日军赶到、双方在城南发生激战。敌机数架对第3集团军阵地狂轰滥炸，第3集团军伤亡惨重，奉命向运河西岸撤退。
第3集团军西撤之后，日军继续追击，19日占领了济宁以西的安居镇，20日又占领了唐家口。第3集团军一部于21日夜袭了傅家庄、李家庄之敌，获得胜利，缴获敌炮4门、战车3辆以及大批武器弹药，暂时稳住了阵脚。随后，第3集团军撤至相里、羊山集、独山集、巨野一线。该集团军后调入第1战区，仍在鲁西南地区对日作战。
与此同时，李宗仁急调刚加入第5战区战斗序列的第22集团军开赴临城以北，支援孙桐萱部作战。
第22集团军为川军，邓锡侯为总司令，孙震为副司令。邓锡侯早年曾就读成都陆军小学、南京陆军中学、保定军校，后投入川军，效力于军阀混战，不断升迁，实力渐长。北伐军进抵长江流域，邓“易帜拥蒋”，被蒋介石委任为国民革命军第22军军长。随后，邓在四川军阀混战的旋涡里，“冲撞挣扎”，“摔打滚爬”，“起伏升降”，终未沉没，占有了一席之地。邓锡侯以善于观察风向、保存实力见长，被人称为“水晶猴子”。
抗战爆发以后，川军出川，奔赴抗日战场。川军编为第2路预备军，以刘湘为总司令，邓锡侯为副总司令。按照与蒋介石达成的谅解，川军集中使用，给予补充装备。由于战局的变化，为适应前线需要，川军被分散使用，投入淞沪、晋、徐海等几个战场。装备极差的川军，未得到补充，便被投入场，参加战斗。虽然是由于战局紧迫所致，但蒋介石或多或少有“歧视”地方杂牌军之嫌，这对川军的战斗力、士气以致军纪，不无影响。邓锡侯所部，被编为第22集团军，列为第2战区战斗序列，“专对晋东作战”。
第22集团军辖第41军（军长孙震）、第45军（军长邓锡侯）两个军，属“乙种军”编制，即每军二师，每师二旅，每旅二步兵团，没有其他特种兵。全集团军4万多人，武器装备极差。主要武器为四川土造的七九步枪、大刀、手榴弹，以及为数甚少的土造轻、重机枪和迫击炮。重武器全无，通信、卫生装备器材极少。第22集团军出川前曾要求蒋介石换发武器装备，蒋答复：“前方紧急，时机迫切，可先出发，途经西安，准予换发。”
该集团军于1937年9月5日誓师抗日，离开成都，徒步出川北上。
10月上旬，先头部队抵达西安，前方战局吃紧，未补充装备，统帅部即严令该部着速东进，过潼关，过黄河，到太原加入第2战区战斗序列。时值深秋，该部将士仍着单衣，武器装备又极差，邓锡侯请求第2战区司令长官阎锡山补充装备，遭阎拒绝，连一张山西军用地图也不提供，还是中共领导人周恩来造访时赠送了一张山西军用地图（从日军手中缴获的战利品）。
10月22日，阎锡山命令邓锡侯“着122、124两师迅速乘正太车开娘子关”。
部队立即出发，第122师25日到达娘子关西南之马山村，即与日军第109师团发生激战；第124师在正太路阳泉、寿阳南侧掩护友军。娘子关失守，第22集团军以疲惫之师投入战斗，不了解敌情，不了解地形，仓促上阵，与敌周旋，损失惨重，伤亡过半。12月初，该部在离石、赵城一带整补，军、师、旅建制保留，但每旅原有的两个团合编为一个战斗团，全集团军实际只有八个团，总兵力不过两万来人。第22集团军整顿期间，第18集团军总司令朱德也率部在该地区布防。邓锡侯与朱德同籍，又曾在护国战争期间相识，算得上“老朋友”，邓多次邀请朱德为第22集团军官兵“训话”，传授游击战术。丁玲带领的“八路军西北女子战地服务团”还为第22集团军演出抗战文艺节目。这对于鼓舞“川军”士气，大有裨益。
第22集团军由于一直没有得到装备、给养的补充，在娘子关之役败退途中，曾路遇一晋军军械库，士兵们出于义愤、出于需要，便破门而入，擅自补给。有些士兵还“强买强卖”。阎锡山对此大为恼怒，骂该军是“抗日不足，扰民有余”的“土匪兵”。
阎锡山还致电统帅部，要求将该部他调。统帅部欲把第22集团军调往第1战区，第1战区司令长官程潜也拒绝接收。使“川军”在人们心目中的地位很低，总认为川军喜好内战、也只会打内战，军纪差、扰民害民，因此，第22集团军所到之处，受到民众的冷遇。
正当统帅部不好安排第22集团军的时候，在统帅部供职的李宗仁的老搭档、副参谋总长白崇禧立即打电话给李宗仁，询问第5战区是否愿意接收第22集团军，李宗仁正为韩复榘擅自弃守、津浦北段战局吃紧、兵力不敷分配而犯愁，一听说有支可用部队，简直喜出望外，立即答应愿意接收该部，并请统帅部速调该部奔赴鲁南战场。
第22集团军奉命于1937年12月底离开晋东南战场，奔赴徐州战场，调入第5战区。部队抵达砀山、单县、徐州一带，邓锡侯、孙震亲往徐州拜访李宗仁，受到礼遇。李宗仁呈请军委会拨给该部500支新枪，并由5战区库存中拨发了大批子弹和部分迫击炮，使邓、孙大受感动。第2战区、第1战区皆不愿接收第22集团军，民众对该部多有“误解”和“非议”，这对邓锡侯、孙震和所部广大官兵刺激很大，他们决心要在抗日战场上洗刷耻辱，用实际行动在人们心目中重塑川军形象。邓锡侯严加管束部队，禁止部队拉夫、派款，严禁官兵擅自进入民宅，受到民众的欢迎。该部进入鲁南之后，抗日情绪高涨而又热情豪爽的山东民众，把该部当作自己的子弟兵，给予热情、无私的支持和援助。第22集团军广大将士非常感动，他们真情地说：“为民族而战争，能得民众如此爱戴，可以死而无恨了！”
1月初，第22集团军奉李宗仁命令，从徐州沿津浦路北上，阻击从泰安南下之敌。邓锡侯把第22集团军总部设于临城，命第45军主力由界河前进，阻敌于泗水以北；第41军主力集中滕县附近，构筑工事，严阵以待，随时准备痛歼进犯之敌。
1月20日，刘湘病故，四川政局发生波动。2月上旬，蒋介石召邓锡侯赴武汉征求治川意见。3月2日，大本营发表委任邓锡侯为川康绥靖公署主任的任职令；3月下旬邓回到四川主持川康军务。
邓锡侯暂离前线及回川之后，由孙震代理、继任第22集团军总司令之职，邓所遗第45军军长之职由该军第125师师长陈鼎勋继任。
2月7日，第22集团军奉命进攻邹县，孙震根据敌我双方之情形，作了如下部署：以陈鼎勋第45军的125师进攻邹县以南两下店铁路两侧地区，第127师位于滕县、界河，以一个团兵力向邹县、曲阜地区进行游击（由第757团担当此任）；由王铭章（122师师长、代军长）率第41军在临城、韩庄布防，其第124师370旅部署于两下店以西的石墙地区，以增强该地之防卫力量；集团军总司令部仍设在临城。
2月14日，125师373旅主力进攻两下店，一部绕袭邹县，由于缺乏重武器，而日军第10师团防守火力较强，进攻数日未能攻克，2月18日第125师撤回至界河地区。第127师第757团先向邹县以北的曲阜地区“游击”，袭扰敌人，继之在界河与两下店之间继续对敌“游击”。第22集团军以第45军为一线部队，第41军为二线部队，第45军以滕县为据点，在界河东西香城、九山、王福庄、张庄、后圪、金山之线占领阵地，与敌保持接触；另以一部挺进到兖州、邹县、曲阜间进行“游击”。双方在这一地区呈胶着状态，日军一时无力向南推进，相持了一个多月。
由于孙桐萱第3集团军和邓锡侯、孙震第22集团军对日军的顽强攻击和积极袭扰，使第5战区北端阵线暂时得以稳定。
