关于第59军两次临沂战役的伤亡，张自忠本人在3月29日4时致李宗仁电也曾透露，“伤亡达万余人”。这个数据弹性很大，不少着述干脆直接引为1万人。不过，通过相关资料来推算，第59军的伤亡要远超过1万人。
3月25、26日张部第38师在解救庞炳勋部的三官庙、桃园之战中，伤亡2000余人；又张自忠29日4时致电李宗仁称，27、28两日以来伤亡两千余人。二者合计就是四五千人。另据刘景岳、于麟章回忆文章称：“先后两次临沂作战，我（59军）伤亡各级官佐八百余员，士兵万人以上。”如果参照张自忠19日14时致李宗仁电中所列官、兵伤亡比例：伤亡军官209人、士兵3273人，则第二次临沂战役结束时张部军官伤亡800余，士兵伤亡应在13000人左右。
这样，第59军在两次临沂战役中伤亡数约在1.3万1.4万之间，加上在淮河阻击战中伤亡的2000人，整个台儿庄战役，第59军伤亡约在1.5万人以上。
3孙震第22集团军张宣武在回忆文中称：“第四十一军守城部队自第一二二师师长王铭章以下伤亡5000余人，在滕县以北界河、龙山一带作战的第四十五军，自一二七师师长陈离以下伤亡亦达四五千人。这次战役，共毙敌2000余人。”41军124师741团第2营营长熊顺义也称，从3月9日至18日，川军保卫滕县“牺牲、负伤万余人”，其中第45军“从一二七师师长陈离、一二五师七五0团团长姚超伦（原文误，应为745团。750团团长为陈士俊笔者注）以下伤亡的营、连、排长等官兵四五千人。”
能证实上述数据的还有李宗仁3月21日致蒋介石密电，称第22集团军在滕县之役中“伤亡官兵不下万人”。
而第22集团军代总司令孙震在滕县战役战斗详报中却称“是役…我阵亡官兵3000余人，负伤官兵4000余人；四十一军占伤亡总数四分之三。”时任该部少将参谋处长胡临聪在回忆文中也称，滕县战役守卫滕县城与外围的第22集团军共伤亡8000余人（阵亡五千余人，负伤三千余人）。
但通读孙震战斗详报全文，战役起止日期为3月917日，且主要是叙述1417日的滕县城战斗。胡临聪文章类似。孙、胡的数据显然未含3月9日之前第2集团军伤亡，而该集团军第45军早在1938年1月即已入驻滕县并与日军发生过数次战斗，如在2月中旬的郭山、两下店战斗中，第125师第750、745两团即伤亡约千人。
因此，第22集团军在整个徐州会战前期总伤亡在万人左右，还是较接近实际的。
4汤恩伯第二十军团及临时配属部队伤亡在3月16、17、18日最初三天的作战中，仅第85军2个师即“阵亡营长三员，伤二员，伤团长一员，伤亡连排长廿余员，士兵二千余人。”同期在沙沟阻击日军的关麟征部第2师第6旅伤亡不详，但李宗仁在19日致蒋介石密电中曾说：“我（第6旅）第十一团伤亡甚大”。
在3月31日台儿庄东北方战斗中，第85军与第52军夹击坂本支队，予敌重创，“五十二军与八十五军各伤亡1300余人”；4月3日，第20军团突破坂本支队所据之小王庄、刘庄等阵地，并与敌发生肉搏战，“第85军第4师两日来伤亡约千人”。
汤恩伯4月6日晨致电李宗仁：“（台儿庄）当面之敌经我关（麟征）、王（仲廉）、周（碞）各军彻夜猛攻，肉搏十余次，毙敌三千余人，俘获正在清查。我军伤亡亦大。”汤的电报内容虽未指出所部具体伤亡数字，但从当时中日两军战斗力及“我军伤亡亦大”一语来推测，汤部伤亡即便比敌方少，也应该不会差距很大。
汤部部分将领的回忆文章中有所部整个徐州会战期间的伤亡数据，而未提阶段战斗伤亡。第110师在徐州会战后到达河南唐河整编时，只剩下一个旅的兵力，“在这次会战（指整个徐州会战）中伤亡了五千余人。”自3月中旬开赴鲁南以来，经过一个多月连续不断的作战，第52军两个师都有很大伤亡，特别是郑洞国第2师，“有作战能力的官兵，已不足原来人数的一半。”其中，第2师在台儿庄战役期间的峄县北大窑附近战斗最为激烈，敌我双方一度展开白刃战，第2师多处阵地曾数度得而复失、失而复得，是役敌我都有很大伤亡。师长郑洞国甚至在3月30日上午攻打峄县城东一带时，被敌炮弹击中，只因弹片为其衣袋内银元所挡，郑才幸免伤亡。
以上相加，汤恩伯第20军团及临时辖属各部总伤亡在万人左右，应该不会夸大。
5孙连仲第2集团军早在4月5日晨，李宗仁即致电军令部：“廿七师现仅余战斗员约二千名，卅一师一千四百余名”，另，台儿庄守军6日伤亡亦“在二百名以上”。至日军从台儿庄退却时，第30师师长张金照称所部“全部兵力只剩下四千多人”。也就是说，台儿庄战役结束后，第2集团军所辖第27、30、31三个师所余战斗员仅七八千名左右，加上独立第44旅，最多也就在万人左右。该集团军损失应在1.4万人以上。
6其他部队伤亡池淮阻击战中，刘士毅第31军、于学忠第51军合计伤亡近6000人，孙桐萱第3集团军之谷良民第56军（1938年3月缩编为第22师，隶属孙桐萱第12军）参与的济宁战役，“自进攻到退却，历时约半个月，我军伤亡约2000余人，但亦予敌以重创。”
综合以上，在徐州会战期间，中国军队伤亡合计约6.5万余人。
日方伤亡：1，池淮阻击战自1938年1月24日起至30日，在历时7昼夜的池河之战中，第31军歼敌近2000名，其中在池河真歼敌三四百人；在三河集、马家岗两处歼敌二三百人；在明光方面歼敌约千余人。
第31军自池河撤退后，于2月上旬配合第48军对刘府、考城、蚌埠之敌攻击，“经剧烈战斗之后，毙敌千余”。
2月2日至20日的淮河阻击战，于学忠率领的51军与企图渡河日军第13师团殊死鏖战，歼敌数千。
日军伤亡约60001万人。
2滕县战役孙震在战斗详报中称“是役毙伤敌军官佐320余员，击毙士兵1500余名，击伤士兵5700余名。”]以川军武器装备而言要取得如此战果，是不可能的，且当时进攻滕县之敌亦不过数千人，若孙震的数据属实，无疑是全歼日军。孙的歼敌数据显系夸张。
第122师代师长王志远在战斗详报中称所部“击毙敌共约千余名”，第124师370旅旅长吕康称所部“毙敌约七八百人”，372旅旅长曾苏元称所部“毙敌寇约六七百人”，三者相加，与张宣武所说的“这次战役，共毙敌2000余人”相近，但应为毙伤而非击毙日军数据。
加上3月9日之前第45军歼敌数，则日军在整个滕县战役中伤亡不下2500人。
3两次临沂战役第一次，截止到3月19日，张自忠致电李宗仁称，临沂战场“敌（日军）伤亡达四千余名”。而一些着述如韩信夫《鏖兵台儿庄》则认可“此次临沂作战，歼敌3000余人”。
第二次，截止到3月31日，中国军队共歼敌2000余人，俘虏1人。
自3月14日至31日，前后两次临沂战役，日军伤亡应在5500人以上，加上之前庞炳勋部与沈鸿烈海军陆战队歼敌数，日军伤亡应不下6000人。
4台儿庄战斗****《新华日报》1938年4月7日、8日报道歼敌万余人；日方数据为伤亡11984人。史界如孔蕴浩先生则认同《新华日报》数据，认为台儿庄一战中方“取得歼敌万余人的战果”，而整个鲁南地区，“日军死亡的人数超过16000人”。
5其他局部战斗包括第20军团在临城、官桥、枣峄等地，第3集团军在汶上、济宁、兖州等地战斗，日军损失2000人左右。
综合以上所列，日军在徐州会战中伤亡在2.6万人以上。
此战，日军动用8个师、5个旅约30万人，中国参战部队前后有70个师约100万人，历时5个月。这次会战钳制和消耗了日军有生力量，中国军队以伤亡6.5万余人的代价，毙伤日军2.6万余人，除予日军以巨大打击外，还迟滞了日军进攻速度，为部署武汉会战赢得了时间。此战最重要的影响在于使中国人民相信自己有击败日本的能力
