4月3日，日军大本营研究了进行徐州作战的可能性。
4月7日，日军大本营下达了组织徐州作战的命令。陆军部根据上述命令，制定了《徐州附近作战指导要领案》。其基本作战意图是：徐州作战，华北方面军和华中派遣军联合组织实施，以华北方面军为主，华中派遣军配合华北方面军作战。作战开始后，主力兵团向西迂回，从侧后保卫徐州，歼灭中国军队第5战区主力。其任务区分主要是：
华北方面军第5、第10、第14、第16师团向开封以东行动，攻占陇海铁路沿线以北地域；主力南下，进攻徐州；用2个师团向兰考、商丘方向进攻，切断中国军队向西的退路。
华中派遣军第9、第13师团在徐州以南行动，占领徐州以南的津浦路和合肥地区，从南面策应华北方面军进攻徐州。
4月中旬，“日军大本营派遣班”进入中国，在济南设立指挥机构。这个派遣班由参谋部作战部部长桥本群少将率领，主要任务是协调徐州南、北日军两大兵团的作战行动。4月17日和18日，日军在济南召开了参谋工作会议，华北方面军和华中派遣军有关人员在会上明确了两军进行徐州作战的有关事宜。由此可见，日军大本营对徐州作战是多么重视。
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