1944年春，日軍為打通中國大陸交通線，陸續從華中地區抽調部隊南下參加作戰。駐蘇中、蘇北地區的日軍為彌補兵力不足，遂收縮防區，強化偽軍，並加強對沿海地區的控制。
車橋位於蘇中(新四軍1師作戰地域)、蘇北(新四軍3師作戰地域)、淮南(新四軍2師作戰地域)、淮北(新四軍4師作戰地域)交界的戰略機動位置。日偽佔據車橋，分割我蘇中、蘇北、淮南、淮北根據地。如果拿下車橋，4塊根據地將連成一片。
鑑於此，新四軍第1師師長兼蘇中軍區司令員粟裕，遵照中共中央關於集中力量打擊日偽軍、鞏固與擴大抗日根據地的指示，決定於3月上旬發起以奪取車橋為主要目標的攻勢作戰。
戰略部署
車橋坐落在澗河兩岸，河道上有5座橋樑，俯瞰全鎮，形如“車”字，因此得名。
敵偽佔領後，駐紮着日軍一個小隊，約40餘人，偽軍一個大隊，約500餘人。他們加高圍牆，拓寬外壕，架設鐵絲網，修建了53座碉堡，構成交叉火力網，四周圍牆高達2丈，外壕寬1.5丈，壕中積水深七八尺，且與界河相通;以車橋為中心，外圍還有十幾個堅固的據點相拱衞，形成一個較完整的築壘配系。該地區位於我一、二、三、四師接合部，佔領此處，就溝通了我蘇北、蘇中、淮北、淮南4個根據地的戰略聯繫。該地區是日軍兩個師團的接合部，比較邊遠，在此地作戰，可能導致日軍相互推諉，無法積極救援。
為此，粟裕組織師部召開了團以上幹部會議，具體研究制訂作戰方案。在會上，粟裕對當時提出的3個作戰方案進行了分析比較。他認為，打下車橋後，敵人可能放棄一大片地區，新四軍可以得到最有利的戰役效果;其次，車橋處敵中心地區，是敵人的心臟，工事堅固又有日軍駐守，敵人自以為安全，而敵人認為安全的地方，往往是新四軍“最容易得手的地方”。鑑於此，粟裕決定集中第一、第七、第五十二團和蘇中軍區教導團及第四分區特務團5個多團的兵力，由副師長兼副司令員葉飛擔任前線指揮，採取攻點打援戰法，奪取車橋及其周圍地區。
粟裕將師前方司令部與第1軍分區司令部暫時合併，組成野戰司令部，葉飛負責戰場指揮。參戰部隊共編成3個縱隊、1個總預備隊，以第2縱隊主攻車橋;第1縱隊設伏於蘆家灘打援;第3縱隊於車橋南面官田、崔河、大施河、小施河一帶，作寬大正面防禦，準備阻擊來自曹甸、寶應方向之敵;同時殲滅敵人的增援部隊，要求各阻擊部隊堅決保障兩天兩晚之戰鬥警戒任務。3月3日，日偽軍對新四軍一師師部駐地進行“掃蕩”，粟裕率一部向南運動，牽制迷惑敵人。
戰前準備
1944年3月5日，戰鬥打響，擔任主攻任務的7團，採取遠距離奔襲手段，多路突擊，猛撲車橋。擔任打援任務的部隊則在車橋以西蘆家灘巧設地雷陣，阻擊日軍。
3月3日午後，以7團為主攻車橋的第2縱隊，分南北兩路開進。北路部隊在7團團長兼政委彭德清、參謀長俞炳輝率領下於5日凌晨1時50分之前到達車橋以北攻擊準備位置。南路由7團副團長張雲龍、政治處主任蔣新生率領，也於5日凌晨1時50分之前到達車橋西南飛機場一線。負責兩淮方向警戒、打援的1縱隊，在廖政國、曾如清等率領下於4日午夜12時抵達車橋以西的石橋頭、蘆家灘之線，進入伏擊陣地。
負責淮安、曹甸、寶應方向警戒與打援的第3縱隊，於4日午夜12時到達警戒位置。
葉飛率師指揮所及總預備隊、炮兵大隊，於5日凌晨2時到達車橋北面之趙揚莊。
大部隊遠距離攻取車橋，封鎖行動消息至關重要。針對車橋附近水網多的特點，粟裕預先做好了安排。他佈置寶應縣委動員3萬多民兵和羣眾，於曹甸、安豐等地，築起了5條大壩。這5條大壩頂寬1丈，高出水面5尺，穿湖越蕩，綿延約15公里，便於攻擊部隊隱蔽地接近敵人，奔襲車橋。另外，粟裕更命令組織數以千計的船隻運送雲梯和擔架隊到車橋附近，開溝挖塘，破敵道路。
3月4日，距發起進攻還有一天的時間，粟裕得到報告説：李堡、安豐、潘家饊各路日偽軍，以三倉河、吳家橋為目標分進合擊。粟裕認為進攻車橋的計劃敵人尚未察覺，於是決定對敵實施一個“聲東擊西”的佯動，以吸引敵人注意力。他立即把師直機關分成前後兩個梯隊，蘇中行署主任管文蔚率後梯隊向北移，跳出“掃蕩”圈，自己則率南梯隊向南轉移，故意“示形”迎擊“掃蕩”之敵，與其糾纏，麻痺敵人，不久便擺脱了敵人的追擊，安全轉移到蘭路址。
在轉移途中，粟裕還不忘和新四軍第3師“打招呼”，車橋只要一打響，請3師立即派兵攻克漣水、車橋間的朱圩子據點，從而保障1師作戰部隊北面側後的安全。
奮勇攻堅
3月5日凌晨1時50分，攻城部隊按預定計劃出擊。按照預定計劃，第2縱隊從南、北兩個方面成衝鋒隊形摸向土圍，兩路部隊迅猛越過外壕，架起雲梯，爬上圍牆。車橋守敵萬萬沒有想到新四軍1師主力敢於集中大兵團來攻，而且是採取掏心戰術直取其中心據點，所以陶勇用僅25分鐘就突破土圍，攻入鎮內。隨後在炮兵大隊的配合下，第2縱隊以數個戰鬥小組分散突擊，逐個消滅日偽軍火力點。5日上午10時，新四軍7團衝進屋內和敵人進行白刃戰，全殲守敵，俘虜偽大隊副以下80餘人，攻佔了偽軍駐守的兩個碉堡。11時，偽軍一箇中隊全部投降。戰至午後，新四軍已經摧毀碉堡50個。在全殲偽軍後，新四軍分兩路向被包圍在小土圍的日軍發起攻擊，首先攻佔暗堡、庫房等處，但因火力不足，未能立刻解決戰鬥。
為了打下日軍駐守的大碉堡，新四軍搬來了一門大口徑的山炮。這門炮是寶應縣委書記曾濤特意動員150多名身強力壯的基幹民兵，組成一個加強連，專門運到前線的。山炮一來，新四軍威力大增，一聲炮響，碉堡轟然倒塌。
圍點打援
接到車橋被圍的消息，附近據點的日偽軍紛紛趕來增援。由寶應縣城東北塔兒頭、曹甸鎮出動的日偽軍100餘人，進至大施河時，觸發地雷並遭新四軍52團的阻擊，被迫退回。駐淮陰、淮安等地的日軍第65師團第72旅團三澤大隊等部，共700餘人，分4批乘汽車馳援車橋。
第1批增援日軍240餘人駛至蘆家灘附近時，即遭新四軍第1團阻擊，並被引入預設的雷區，傷亡60餘人。新四軍阻擊部隊乘勢奮勇出擊，又殺傷一批敵人。接着，第1團以正面防禦結合側後突擊，又給逐次增援的日軍以打擊，迫使日軍被堵在韓莊不能出來。雖然韓莊日軍乘黃昏多次偷襲，企圖突破我正面陣地，均被新四軍擊退。在戰鬥中，新四軍3營俘虜了1名負重傷的日軍軍官，當戰士們把他抬到包紮所時，此人由於傷重已經死了。後經俘虜辨認，他就是此次戰役的日軍最高指揮官三澤。
5日晚，新四軍第1團等部對韓莊日軍發起攻擊，經白刃格鬥，將其大部殲滅，其殘部向西逃竄。其間，日偽軍200餘人乘夜暗繞開正面防禦陣地，想從一片蘆葦蕩中穿過，企圖迂迴突破新四軍的包圍圈。新四軍第1團發覺後予以阻擊，並在蘆葦蕩順風縱火，把敵人驅趕到三面被河道環繞的小馬莊。經過逐屋爭奪，反覆衝殺，最後將這股敵人殲滅。
此外，車橋戰役打響後，新四軍3師按照先前和粟裕的約定，迅速攻克漣水、車橋間的朱圩子敵據點，消滅偽軍300餘人，保障了新四軍1師作戰部隊北面側後的安全。
經過一天兩夜的戰鬥，共殲日軍三澤大佐以下465人(生俘24人)、偽軍483人(生俘168人)，摧毀碉堡50餘座，繳獲步兵炮1門及大批武器彈藥，收復敵偽據點12處，其中生俘山本一三中尉以下24人，繳獲大批武器和軍用品。隨着車橋戰鬥勝利結束，新四軍第1師兼蘇中軍區所屬各部乘勝擴大戰果，至13日，相繼收復了涇口、曹甸鎮等10餘處日軍據點，解放了淮安、寶應以東縱橫200裏的地區，打通了蘇中與蘇北、淮南、淮北地區的戰略聯繫，實現了蘇中抗戰形勢的根本好轉
