三月十六日，北线日军率先发动了全面进攻，德川好敏的航空兵团开始对曹州、济宁一线进行空中轰炸，第一飞行团、第四飞行团几十架轻重型轰炸机肆无忌惮的在二十兵团和第二战区派遣兵团防御阵地上投掷炸弹，一时间风声鹤唳。
李宗仁一边命令北线各军严守阵地，一边提醒南线各集团军要密切注意日军动向，北线是日军主攻方向不假，不过他也担心南线发生异动，毕竟在南线，日军华北、华中方面军还有不少兵力，不像华北方面军，基本上能动用的兵力就那么多，当然，关东军入关作战另当别论。
战役发起，赵子赟就密切注视着北线日军的动向，根据十八集团军转来的情报汇总，以及他自己得到的一些情报，他的派遣兵团有可能面临巨大压力，日军在他的正面集结了第十师团、一零九师团、关东军混成第三旅团，共计五万人，他还得小心第五师团突然加入攻击，就当前局势，他的计划有可能落空，日军看来是打算在济宁和他的派遣兵团决战
“司令，佛采儿参谋长来电，日军对我军阵地进行了多批次轰炸，他请司令放心，各师按照我们的经验进行阵地布置，损失不大。”
“好，给参谋长回电，济宁一线由他全权指挥，如果日军攻势过猛，可考虑适当收缩防线，必要时可后撤至嘉祥、巨野一线防御。”
谭海记录完毕，递给他核查，有些担心问道：“司令，擅自后撤会不会有麻烦”
“麻烦自然有的，不过谭海，如果我们真要后撤时，相信其他遭受日军攻击的友军也已经不得不后撤，我只是提醒参谋长，战场上由他决断，不必等我和战区交涉。”
“明白了，司令，你说北线日军真要和我们拼命”
“日本人也是很狡猾的，现在刚刚开打，日军的企图还没暴露出来，就我个人看法，日军不太可能在济宁和我们硬碰硬，济宁并不是整个战区最重要之地，只是相对在最前沿罢了。”
谭海点点头，转身离去。
轰炸结束，必然是步兵进攻，第十师团开始正面攻击济宁，这没出太多人意料，但在济宁以西，第三师团攻击濮阳，意图进击曹州地区二十兵团比想象的要快，随即第五师团也进抵郓城一线，看样子是要切断二十兵团和第二战区派遣兵团之间的联系。
汤恩伯显然是没料到日本人会那他开刀，尤其这第五师团，好像根本不管在济宁的派遣兵团，面对压力，他向李宗仁发报，希望弃守曹州防线，避免被日军两个师团包围。
鉴于汤恩伯是老蒋嫡系，李宗仁也知道他若不答应，汤恩伯自会直接向老蒋请示，可这两军还未交战，北线就开始后撤，不但士气受到影响，也让济宁更加突出，思索再三，李宗仁下令二十兵团后撤至定陶，等看看日军的动向再做打算。
接下来两天，南线开打，华中派遣军进攻徐州的吉住良辅之第九师团、荻洲立兵的第十三师团，从蚌埠、怀远向北作齐头并进，以十三师团在西、第九师团在东，沿着津浦路以西地区的蒙城、临涣集、永城、萧县攻向徐州。
南北合击徐州，看样子日军是打算要合围徐州的守军，李宗仁的目光不由得盯向定陶，不知怎地，他总是怕日军从这里突破，他原打算让第二集团军北上，防止这种可能，可南线日军攻击也很凶猛，他有些担心二十一集团军搭进去。
好在重庆也非常关注徐州北线，老蒋下令第一战区薛岳的豫东兵团和商震之第二十集团军从豫东沿陇海路推进至徐州以西，给二十兵团做后盾，李宗仁顿时感觉压力小了很多，见第十师团在济宁和派遣兵团打得不温不火，他的注意又转向宿县二十一集团军这一边。
看似最可能爆发激烈战斗的济宁居然没打得火星四溅，赵子赟纳闷不已，日本人要做什么难不成又要孤军深入，弄出个台儿庄大战不成
可他不大相信这种猜测，先不说历史上的台儿庄之战是如何产生的，就当前态势，日军敢放着他在济宁的八万大军不顾就是找死，如今的徐州会战不但内外局势有了很大偏差，连参战部队都很不相同，至少赵子赟知道就没有第二战区派遣兵团这种事。
在第十师团发动济宁攻势之后，兖州关东军混成第三旅团也沿着津浦路开始向南攻击，田村原一以酒井直次第四联队为先锋，开始试探性攻打邹县五十一军的外围阵地，关东军混成第三旅团配属野炮兵第二联队，装备了三十六门七五口径的野炮，加上配属的独立轻装甲车第十中队，守卫邹县的于学忠感受到巨大压力，外围阵地被日军剥笋子一般层层剥下，随后，关东军混成第三旅团一部朝邹县西斜插，攻击第三集团军和派遣兵团之间的薄弱结合部，感觉到有被围困的可能，于学忠请示战区司令部，向界河地区后撤，缩小了正面防御的宽度，在邹县南的铁路以西之石墙、石马坡，铁路以东之金山、普阳山、香城等依托山地组成第一线，这样，就与龙山地区，依托界河防守的五十五军形成了两道梯度配备的防线。
第三集团军后撤，派遣兵团和它之间的空隙变大了，佛采儿也怕被日军从微山湖一线冲击济宁侧翼，他将兵力也向后收缩，这样，派遣兵团和第三集团军在马河、泗水下游微山湖地区就形成了一个真空地带，佛采儿随即派骑兵十二师进入这一地区，以游动的方式防止日本人在这一带做文章