但真正让他成名的还是1938年的台儿庄大捷，他在此役中获得青天白日勋章。
不过，汤恩伯在台儿庄战役中的表现，后世几十年却众说纷纭、毁誉参半。毁之者说汤恩伯在此役前后充分显露其对友军见死不救的一面：在藤县不救援池峰城部，听凭其被日军击溃，而当第2集团军在台儿庄正面坚拒时，汤恩伯也是坐等西北军同日军连番血战，彼此拼光了所有预备队后才动反攻，使日军大部败而不溃，顺利逃出包围圈。
而誉之者称汤恩伯用兵灵活、合宜，认为汤恩伯是台儿庄制胜的举足轻重的关键因素。所谓台儿庄反攻时不听命令、逡巡不前，是对汤军团与坂本支队迂回作战的误解。
因为汤军团现日军坂本支队已到达邵家庄，出现在2o军团的侧翼，而另一日军主力已达到官庄，兰城一带，双方相距不足15公里。
如果双方向两面推进，2o军团无疑被摧毁，所以汤恩伯认为战场瞬息万变、将在外军令有所不受，于是做了一个大胆的决定，修改了作战计划，以25师后移阻击向城的坂本支队；第4师攻击爱曲、秋湖一带的日军；89师抵达洪山镇以东，掩护25师。
这么做，可以摆脱2o军团侧翼威胁，使得其在最后的