第17軍僅有兩個獨立師，合計7500人，75mm火炮也只有2門，好在郯城裡的守軍僅僅只有李寶章殘部3500人，並且其重火力武器均已在龍潭戰役時失去，子彈也所剩不多。
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第17軍從上午開始便集中兵力進攻郯城西門，其餘三門僅派一個團做佯攻，激戰至下午5時，李寶章部彈藥見底，火力不足，第17軍兩個團在西門發起了總攻，隨後突入城內。
李寶章部本就無心戀戰，他很清楚直魯聯軍派他們過來就是為了消耗北伐軍，簡直不拿他們當人。
「師座，師座，北伐軍攻入城了，弟兄們的彈藥不多了，咱們怎麼辦？」
「讓我等頂在最前面消耗北伐軍，嫡系直魯軍坐鎮後方二線，都大難臨頭了，還想著派系之爭，張宗唱啊張宗唱，你就是頭豬。命令各部，立刻跟我撤往東南方向的臨沂。」
「是，師座，我這就去。」
4月9日傍晚5時30分，李寶章率領殘部向臨沂逃竄，第17軍一路乘勝追擊，一路進駐城內，郯城城頭上掛起了青白旗，郯城光復，台兒莊右翼徹底被北伐軍切斷，台兒莊北城之內的孫軍殘部陷入了孤軍被圍的絕境。
每日傍晚6時，各部都會向總指揮部發報，匯報戰況。
李雲龍在第一軍團內部收到了第9軍發來的戰況匯報，郯城光復、台兒莊守軍被壓縮至北城一隅的消息傳到了李雲龍耳中，他當即做出部署。
［台兒莊基本已經拿下，第一道防線剩下的殘兵肯定會從北門突圍，與臨城方向的直魯聯軍匯合。］
「來人！」
「在，總指揮。」
「立刻電令第九軍軍部，讓其在台兒莊通往臨城的公路上設伏，收復台兒莊之後，立刻沿津浦鐵路北上，進攻臨城。」
「是。」
「來人，立刻向第一軍發報，讓其加緊行軍，務必於4月12日之前抵達藤縣，但有貽誤戰機者，軍法從事。」
「是，總指揮。」
「等等，再向第二軍團發報，問問他們到哪兒了。」
「是。」
命令傳達至第九軍軍部，顧柱同立刻做出部署。
「命令騎兵第1營和第21師第63團立刻前往台兒莊城北公路兩側設伏。」
「是，軍座。」
第21師師部之內，陳繼城向黃維下達了作戰命令。
「讓我63團去設伏?太好了，太好了，終於來活了，保證完成任務。」
「嗯，快點去，把炮帶上。」
「是，師座！」
4月10日凌晨3時，騎兵第一營和黃維63團抵達了城北公路兩側，隨即把兵力鋪開設伏。
凌晨5時，守軍鄭俊言果然率部從北門突圍，沿著公路向臨城方向逃竄。
「團座，來人了，來人了。」
「我眼睛不瞎，告訴兄弟們，把他們放進來打！」
又過了好一會兒，突圍的孫軍殘部大部分進入了包圍圈之後，黃維一聲令下。
「沖，給我沖！」
北伐軍從公路四面殺出，騎兵策馬揮刀沖入殘軍陣營，敵軍瞬間被切割成了好幾段，黃維的63團士兵也不斷縮小包圍圈。
孫軍突圍出來的殘部本就士氣崩潰，幾乎是一瞬間，就有大片大片扔掉槍械，跪地求饒的，小部分直接撂了挑子，向四周荒草樹林中跑去。
交戰不到半個時辰，槍聲就停止了。
「過癮，過癮吶，來人吶，立刻打掃戰場，清點俘虜。」
「是。」
不一會兒，俘虜便清點好了。
「報告團座，此次作戰我部陣亡26人，負傷100餘人，擊斃敵軍300餘人，俘虜1500餘人，另有百餘人在逃，敵軍守將鄭俊言不見蹤跡。」
「什麼？沒抓到鄭俊言，哎吆歪，我的軍功唉，我Chovy唉！罷了，城裡還有敵軍，搞不好咱們還能再撈一筆，命令部隊立刻返回師部，快！」
「是，團座。」
孫軍殘部突圍之後，城內守軍群龍無首，顧柱同當即下令各部對北城發起進攻，清繳殘兵。
北洋軍大多就地投降，僅有少數人反抗，戰鬥至4月10日上午9時，台兒莊城內殘兵全部被北伐軍肅清，台兒莊宣布光復。
從蘭陵方向趕來的直魯兩軍預備隊的兩個團，遠遠看見台兒莊城頭之上旗幟已換，立刻調轉方向，慌忙向北逃竄至臨城一線。
「軍座，台兒莊已被我部拿下，戰場已經清掃完畢，這是戰果統計，請指示。」
「戰果立刻發給李總指揮發報，命令所有部隊，立刻向臨城方向開拔。」
「是，軍座。」
李雲龍在前敵總指揮部內看完了第九軍傳達上來的戰果統計，但是他可不是什麼好大喜功之輩。
「來人吶，立刻把這份戰果發給集團軍司令部！」
「是！」
徐州的總司令部內，總司令正在和幾位參謀研究接下來的作戰方案。
「報！第一軍團傳來急電！」
「念！」
「報告總司令，我第一軍團第九軍已於4月10日上午攻下了台兒莊，斃傷敵軍合計5700餘人，俘虜5200餘人，繳獲各類步槍3200餘支、機槍70挺，山野炮12門、迫擊炮18門，各類子彈約40萬發，炮彈1200餘枚，其餘軍事物資數不勝數。
直魯聯軍第一道運河防線已被我軍順利攻破，我已命第9軍即刻向臨城進發，第17軍正在朝藤縣方向移動。懇請總司令部給予下一步指示！」
「好，好啊！真不愧是我黃埔第一將才，短短三日便拿下了敵軍號稱固若金湯的運河防線，該賞，該賞。
來人，立即通電全軍，嘉獎第一軍團第九軍作戰勇猛，特撥3000大洋，以做犒賞。」
「是！」
「第一道防線已被攻破，這第二道防線是張宗唱「山地階梯防禦體系」的中樞，不知諸位可有良策?」