1938年1月26日,日军第13师向安徽凤阳、蚌埠进攻。守军第11集团军第31军在池河西岸地区逐次抵抗后，向定远、凤阳以西撤退。至2月3日，日军先后攻占临淮关、蚌埠。9~10日，日军第13师主力分别在蚌埠、临淮关强渡淮河，向北岸发起进攻。第51军与日军展开激战，伤亡甚重，12日向澥河、浍河方向撤退。第五战区以第59军军长张自忠率部驰援，进至固镇地区，协同第51军在淮河北岸地区顽强抗击日军。同时，在淮河南岸，以第21集团军第48军固守炉桥地区，第7军协同第31军迂回攻击定远日军侧后，迫日军第13师主力由淮河北岸回援。第59、第51军乘势反攻,至3月初恢复淮河以北全部阵地。第21集团军和第31军旋由淮河南岸向北岸集中。双方隔河对峙。

2月下旬，日军第2集团军开始分路南犯。东路第5师从山东潍县(今潍坊)南下，连陷沂水、莒县、日照,直扑临沂。第3军团第40军等部节节抵抗。第59军奉命驰援,3月12日到达临沂北郊的沂河西岸，协同第40军实施反击，激战5昼夜，重创日军，迫其向莒县撤退。西路日军第10师长濑支队(相当于旅)从济宁地区西渡运河，向嘉祥进攻，遭第3集团军顽强抵抗,进攻受挫;濑谷支队(相当于旅)沿津浦铁路南进，3月14日由邹县(今邹城)以南的两下店进攻滕县(今滕州)。守军第22集团军第41军英勇抗击，伤亡甚重，苦战至17日,该军守城的第122师师长王铭章殉国，滕县失守。

3月20日,日军第10师濑谷支队南进连陷临城(今薛城)、枣庄、韩庄后，不顾第5师和第10师长濑支队在其两侧进攻受阻，孤军深入，向台儿庄突进，企图一举攻占徐州。李宗仁以第2集团军总司令孙连仲率部固守台儿庄，第20军团军团长汤恩伯率部让开津浦铁路正面，转入兰陵及其西北云谷山区，诱敌深入,待机破敌。3月23日，日军由枣庄南下，在台儿庄北侧的康庄、泥沟地区与守军警戒部队接战。24日起，日军反复向台儿庄猛攻，多次攻入庄内。守军第2集团军顽强抗击,与日军展开激烈的争夺战。第五战区以第20军团主力向台儿庄机动，拊敌侧背，与第2集团军形成内外夹击之势，并令第3集团军进至临城、枣庄以北，断敌后路。日军为解台儿庄正面之危，速以第5师坂本支队(相当于团)从临沂驰援，进至兰陵北面的秋湖地区，即被第20军团第52军卷击包围。4月3日，第五战区发起全线反攻，激战四天，歼灭日军濑谷支队大部、坂本支队一部共万余人。其余日军残部于7日向峄城、枣庄撤退。

中国最高军事当局令第五战区集中兵力于徐州附近，准备再次聚歼日军。日军改以部分兵力在正面牵制对方，主力向西迂回，企图从侧后包围徐州，歼灭第五战区主力。4月18日，日军第10、第5师分别从山东峄城(今属枣庄)和临沂西北的义堂地区南进，对守军第2集团军和第20、第3军团及第27军团第59军实施牵制性进攻。守军顽强抗击，至月底，将日军阻止在韩庄、邳县(今邳州)和郯城一线。5月5日，日军开始从南北两个方面向徐州西侧迂回包围。在南面，第9、第13师从蚌埠地区分别沿北淝河、涡河西岸北进，至13日，陷蒙城、永城(属河南)后，向江苏萧县、砀山(今均属安徽)进攻;第3师由蚌埠进入大营集地区，向宿县(今宿州)进攻。在北面，第16师由山东济宁渡运河，至14日，连陷郓城、单县、金乡、鱼台后，向江苏丰县、砀山推进;第14师从河南濮阳南渡黄河，陷山东菏泽、曹县后，直插河南兰封(今兰考);同时，第10师将韩庄、台儿庄地区的作战交由第114师接替后，在夏镇附近渡过微山湖，向沛县(属江苏)进攻。由于日军已形成对徐州的四面合围态势，5月15日，中国最高军事会议决定放弃徐州。16日，第五战区命令各部队分别向豫、皖边界山区突围。19日徐州陷落。日军沿陇海铁路西进，6月6日占领开封。为阻止日军前进,蒋介石9日下令在郑州东北花园口附近炸开黄河大堤，河水经中牟、尉氏沿贾鲁河南泛。日军被迫向黄泛区以东地区撤退。会战结束。

此役，中国军队广大官兵英勇奋战，首先在南线将日军阻止在淮河南岸，打破其与北线日军会合的企图;继而在北线将东路日军击败于临沂地区，又将西路日军之右翼阻止在嘉祥地区，粉碎日军在台儿庄会师的计划。在台儿庄地区作战中，第五战区采取积极防御战法，以一部担任内线防御，另一部置于外线作战，攻防结合，灵活机动，获得大捷。随后，最高军事当局不顾敌强我弱的总体形势，调集大军在徐州附近，企图与日军决战，因而使会战在后期陷于被动。尽管如此，这次会战消耗了日军有生力量，迟滞了日军进攻速度，为部署武汉保卫战赢得了时间。

但是，当时中国空军装备的飞机中航程最远的也不足1000公里。而日本本土防空戒备森严，部署了大量战斗机和地面防空部队。在当时的轰炸机没有自卫武器的情况下，中国空军又没有合适的战斗机给轰炸机进行护航。这样到日本去执行空袭任务，就等于是"赤手空拳"上阵。

原计划这次东征由外籍飞行员担当重任，但外籍飞行员却称执行这项任务风险太大，提出了让国民党政府无法接受的天价酬金。10万美金，每架飞机四名飞行员，合计80万美金，但是国民党政府也想到了，即使我给到了这个钱，到时候你这要是被对方发现你也会是要命不要飞机，你也是一跳伞的事。于是，国民党政府决定改由中方飞行员来执行这一任务。

经过在成都凤凰山基地1个多月的秘密训练，最后敲定，由徐焕升1403号机组(徐焕升正驾驶、苏光华副驾驶、刘荣光领航、吴积冲通信员)和佟彦博1404号机组(佟彦博正驾驶、蒋绍禹副驾驶、雷天眷领航、陈光斗通信员)执行任务。他们各驾驶一架"马丁"139WC型轰炸机。这种飞机配有2台775马力的发动机，翼展21.49米，机长13.63米，起飞重量7430千克，最大速度为343公里/小时，航程为1900公里。为了增大航程，还对飞机进行了改装，把轰炸机的炸弹舱改装为一个大型的油箱。

由于当时技术条件的限制，飞行员只能依靠目视飞行、导航并发现地面目标。因此，对日本轰炸就必须选择一个月光皎洁的夜晚。远征机组的成员都在期盼一个好天气。5月间正值长江流域梅雨季节，气候变幻莫测，而我方又没有日本本土气象资料，只好逐日抄录东亚各地气象报告进行推测，数日归纳的结果是:在月圆望月前后难以出现良好天气。由于武汉战局日紧，一旦延迟不知道还有没有机会执行远征，徐焕升队长干脆直接飞赴前进基地宁波，依靠自己长期海上飞行的经验，从当地直接观察、推测东海洋面气候变化。

1938年5月19日，总部终于下达了"立即执行任务"的命令，飞行员们接到通知后，驾驶着当时中国仅剩的两架远程轰炸机，向东飞去。

1938年5月19日，汉口机场。为了保密，地面上没有送行的人。

15时23分，两架飞机飞行了两个小时，降落在宁波机场。因为从武汉到日本再返回武汉超过了"马丁"B-10型轰炸机的最大航程，所以飞机要在宁波"转一次车"--补加燃油。

5月20日2时45分，两架飞机飞临日本长崎上空。炸弹仓开启，"纸弹"飞向地面。

两架飞机在长崎撒完传单后，又折向福冈方向，总计在日本本土撒下的传单超过100万张。直到此时，日本的防空部门才"大梦初醒"，对福冈实行灯火管制，全城一片漆黑，地面高炮也猛烈开火，但两架飞机毫发无损地从长崎附近脱离日本领空出海，胜利返航。

汉口王家墩机场，国民政府行政院长孔祥熙、军政部长何应钦，中共中央和八路军驻武汉办事处代表周恩来、陈绍禹、吴玉章、罗炳辉等亲自来到机场迎接。

尽管这次被称作"纸片轰炸"和"人道远征"的空袭，没有改变日本侵略中国的行径，但却彻底打破了"大日本神圣领空不可入袭"的妄言。这是日本有史以来第一次遭到外国飞机的入袭。

周恩来、王明、吴玉章亲自到国民空军司令部，对凯旋的中国空军人员进行慰问，并敬献锦旗一面，上面写着八个大字:"德威并用，智勇双全"。周恩来还发表了讲话，赞扬他们的成绩和英勇行为，并与徐焕升和佟彦博合影留念。

中外各大媒体纷纷对此进行报道。第二次世界大战后期，美国《生活》杂志评选刊登了二战中闻名于世的12名飞行员的照片，其中就有担任这次"纸片轰炸"行动的队长徐焕升。该杂志明确指出，徐焕升是先于美军杜立德轰炸日本本土的第一人。