1938年初，随着京沪、山东得手，日军大本营又把贪婪的目光又投向古国中原重镇——徐州。徐州属于中国两大铁路动脉津浦线和陇海线的汇交点上，是中国铁路东西南北往来的枢纽，历来为兵家必争之地。

在1937年抗战全面爆发时，李宗仁在两个月内便在广西装备了4个军共48个团配备齐全，开赴淞沪会战前线。广西“建设运动”多年储备的资本和能量，让日本人惊讶。日本的媒体曾经这样报道：“广西有着险峻的地形，彪悍的军队，能战的将领和大广西主义的精神。谁想把它蹂躏，都是徒然空想。”

1937年10月，李宗仁被任命为第五战区司令长官，驻守徐州。李宗仁统率的是川军、东北军旧部、西北军和山东军这些杂牌部队。

1938年3月20日，日军矶谷师团借攻克滕县之威，在飞机的掩护下，集中4万人，配以坦克、大炮，向台儿庄发动了猛烈的进攻，企图一举攻占徐州。

1938年2月至5月李宗仁指挥了徐州会战，其中台儿庄战役是他一生辉煌的顶点。作为抗战以来正面战场首次大捷，这场悲壮的硬仗超越了政治界限，对整个民族都具有强烈的振奋意义。

在历时1个月的激战中，中国军队约29万人参战，日军参战人数约5万人。中方伤亡约5万余人，毙伤日军约2万余人，是血肉之躯拼出的“大捷”。

台儿庄战役的结局是日军战役进攻中的一次败退。这对于日军侵华战争以来尚属首次。对日军来说，这不仅是在兵力数量上的损失，更重要的是精神上的挫败。“小日本不可战胜”的神话破灭了。

有人认为在战术上并无值得夸耀之处。其实，李宗仁指挥一支“杂牌军”浴血奋战本身就是令人称奇的战术。当李宗仁取得台儿庄大捷后，蒋介石惊讶地说：“你还能指挥杂牌部队?”李回忆这段往事数：“这一点在蒋先生看来，实在是不可思议之奇迹，他本人是断然做不到的。”

台儿庄捷报传来，民心大振，人们纷纷上街欢呼、放爆竹庆祝，蒋介石在武昌官邸听到街上的喧闹声，面露不悦之色，说：“有什么可庆祝的？叫他们走远点，不要在这里胡闹。”随后的武汉会战，李宗仁名义上是会战实施长官之一，实际上已无实权。

台儿庄大捷是抗日战争时期中国军队继平型关大捷之后的又一重大胜利，振奋人心，影响了世界。李宗仁因此战声名远扬！