正当日军第十师团沿津浦铁路南下时，日军板垣征四郎的第五师团也从青岛登陆后直扑临沂，准备与第十师团合击台儿庄。

第五师团是日军最早编制的7个常备师团之一，于1888年春天由广岛镇台改编而来，被称为钢军。卢沟桥事变后，第五师团从大沽口登陆，先后参加了南口会战，张家口战役，太原会战，接连打败中国军队几十个师，虽然在平型关被八路军115师揍了一顿，但最终率先攻占了太原，连战连胜让他们十分狂妄。徐州会战爆发后，第五师团攻占青岛，随后沿着胶济铁路西侵，攻克潍县后向南，扑向第五战区右翼、台儿庄外围的重要据点——临沂。

此时，防守临沂的是中国军队第三军团，军团长是庞炳勋。庞炳勋是西北军冯玉祥的老将，他出生于1879年，早年在清军第三镇当测量兵，后加入过同盟会，滦州起义失败后回家开设织布作坊，还贩运过马匹。军阀混战期间又投靠北洋军第三镇，在战斗中右腿被炸伤，因此得到了个“庞瘸子”的外号。1929年后他投靠了冯玉祥，在中原大战后又被南京政府收编，部队改编为40军，后又升为第三军团。但这个军团是个三代单传，军团仅辖一个40军，40军辖一个39师，39师辖一个……，啊不对，这回不是一个了旅了，是115和116两个旅。庞炳勋作为一个军团长，手中仅有5个团的兵力13000人。就这老蒋都还觉得多了，还要求庞炳勋解散掉一个团，明明大敌当前却还要裁员，老蒋也是真的不干人事啊！

好在庞炳勋带兵主打一个精细化，这13000多人都是精挑细选的精兵强将，他们有不少都是来自自古就有习武之气的沧州，战斗力强悍。加上庞本人也治军严谨体恤士兵，不贪污克扣，其内部也很巩固。同时，庞本人十分精打细算，在过去军阀混战中，他经常组织士兵们去搜集装备，攒下了不少家底。在抗战爆发时，庞军团共有步枪8000多支，手枪900多把，轻重机枪660多挺，迫击炮60门，山炮4门，掷弹筒200具，军马300多匹，武器配置其实并不错，数量上甚至超过了当时一个人数同样1万多人的中央军调整师。

庞炳勋，可惜1943年投敌，晚节不保

在战斗之前，李宗仁也亲自去拜访了庞炳勋，并向老蒋沟通，帮助庞保住了那个要被裁掉的团的编制和兵员，随后又向庞军团提供了一批弹药补给。做完这些实际性的帮助后，李宗仁语重心长的告诉庞炳勋：庞将军，论年龄和资历我应该叫你大哥，征战沙场的时候，我李宗仁还在广西的陆军学校上学呢，今天很荣幸和您并肩作战，我去我们在内战中搅和了20多年，是非不分，黑白不明。如今我们有了为国家民族征战沙场的机会，哪怕是牺牲也是死得其所。得到了知遇之恩的庞炳勋被感动的热泪盈眶，心底的豪情被点燃，表示一定与日军血战到底。

抵达临沂后，庞炳勋立即开始研究地形，把他的指挥部设在南关省立乡村师范学校里，他把一个旅和军团直属部队放在城内，另一个旅在城外沿着汤头到白塔一线部防。不久日军第5师团的先锋坂本支队就气势汹汹的杀了过来。

3月3日，日军坂本支队在大炮的掩护下开始进攻汤头，庞军团顽强抵抗，让日军伤亡惨重。并且他们工事修筑的十分巧妙，一般都够住在房屋墙壁边缘，这里泥土最坚固，并且射口也不正面对敌，而是以交叉火力相互掩护，这样可以隐蔽自己让日军没那么容易发现，步兵炮也很难破坏，因此作战效率很高，节约下来的兵力也可以向日军从侧边发起偷袭，一度把日军打的十分狼狈，汤头以南的阵地刚被占领就立即被中国军队夺了回去。

同时，日军也像城北的诸葛城发起了攻击，与补充团展开战斗，山炮部队也被顶到了第一线，日军的骑兵部队冲到很近的距离时，遭到中国军队机枪、手榴弹，炮弹的狂轰烂炸，被炸的人仰马翻，被迫停止前进旧地修筑阵地。随后排长李宗岱挑选20多个精锐士兵组成敢死队，趁夜偷袭日军阵地，先投掷手榴弹，等日军在爆炸中一片混乱时，就操起大刀冲进去乱砍，一阵拼杀后竟然成功的将日军赶出阵地,随后日军发动的八次进攻都被中国军队击退。这使得板垣非常恼火，因为当时有不少记者在旁边观战，结果堂堂帝国王牌在镜头面前却被一个小杂牌打成这样，在直播面前拉了个大的，就这还钢军，我看是肛军吧。

但庞军团经过多日的苦战也损失惨重，城外围的多个阵地还是逐渐被突破，到3月10日，日军开始进攻临沂城，30多门大炮不停的轰炸城墙，好在临沂城墙十分坚固，日军的大炮打不穿，就这样，庞军团再次打退日军的多次进攻，但自身减员也十分严重就连庞炳勋身边的警卫员都全部顶到一线去了。对此庞炳勋不停向李宗仁求援，就在这紧要关头，李宗仁在日军中的卧底夏文运从上海发来一封只有八个字的密电：日军北动而南不动，得到情报的李宗仁大喜，立即调动在南线的救火大队——张自忠的59军前往临沂支援。

根据李宗仁回忆录里的记载，在中原大战时期，收了蒋介石黑钱的庞炳勋反戈一击，袭击了张自忠的指挥部，张自忠身负重伤，在警卫的拼死保护下才捡回一条命，所以两人之间有血海深仇，但在临沂战役期间，张自忠不计前嫌与庞并肩作战，这一说法如今广为流传。但实际上，只有李宗仁的回忆录记载了这事，其他西北军将领包括冯玉祥在内都并未提到过这事，而且，张自忠在中原大战结束后不久就向冯玉祥发电报报了平安，没有显示出负重伤的迹象。同时根据庞炳勋副官处长李凤鸣的说法：我随庞将军任职甚久，对过去史实记忆犹新，庞、张从无恩怨。今张、庞均已作古，国人不可误解，使庞、张两将军地下难安。

并且当得知来增援的是张自忠59军时，眉头紧锁的庞炳勋大喜过望：我了解荩忱老弟，是他来增援，我就吃了颗定心丸。本来国军内部的传统就是友军有难不动如山，加上如果他俩真的有仇，那么庞炳勋必然不会如此放心，但庞的反应却可以表明他们之间没有并恩怨，并且还相互信任。

真实的历史足以感人肺腑，并不需要多余的添油加醋。

59军军长，抗日英烈，民族英雄张自忠将军

就这样，得到命令的张自忠立即带领59军从译县出发了，他们发挥了西北军吃苦耐劳的精神，经过一天一夜强行军180里，与12日下午赶到了临沂，这速度几乎就要追上奔袭三所里的志愿军了。因为早在驻扎北平时，张自忠有严格要求部下的将士，在寒冬或者酷暑时搞往返50公里的急行军训练，甚至赤脚雪地行军，这种能力就是在无数次的艰苦的特训中练出来的。

日军也得知了张自忠部动向，但他们认为从译县到临沂至少需要三天三夜，所以他们打算先干掉庞炳勋，在以逸代劳伏击张自忠，但日军完全没有想到张自忠竟然这么快就抵达啦。张庞俩军汇合后，战区参谋长徐祖贻也来到临沂协调作战，三人立刻开始商议作战计划。张自忠趁着日军还没发现59军来到的情况下决定主动出击，180师和38师渡过沂河分别进攻日军首尾，庞军团正面挡住日军，并迂回攻击日军左侧。

14日，攻击开始，59军渡过沂河向；了日军一个措手不及，攻克了多个据点，但板垣老鬼子也不好对付，他立刻反应过来，日军先投部队向临沂城猛攻，一度攻进城内与庞军团预备队展开白刃战，在得到59军一个团的增援后终于将日军赶出成。同时数千日军也渡过沂河攻向59军的后方，企图玩一波换家战术，张自忠识破了日军诡计，立即命令59军返回河西，双方在茶叶山、刘家湖杀的天昏地暗。到3月16号，决战来临，59军的所有火炮都推到第一线，所有的炮弹砸到日军头上，59军的战士们也不顾一切的向日军冲锋。之前在张自忠的严格要求下，每一个战士都对射击和拼刺做了严格的训练，因此战斗力十分强悍，日军被杀的纷纷败退。刘家湖的日军辎重部队被全歼，日军大量的弹药都被摧毁。在苗家庄，180师和日军战了三个回合，日军丢下了600多尸体，还挂了一个大队长。到17日，日军终于顶不住了，向汤头和莒县败去，沿途尸横遍野。

18日，张自忠准备向汤头日军发起最后的总攻，但此时却收到李宗仁的命令，由于滕县失守，津浦路正面危机，所以救火大队59军又被叫到那边去应急。但张自忠刚走不久，日军又立刻卷土重来，庞军团又顶不住了。23日，59军又即行军赶回临沂，经过六日血战，再次把日军击溃，保住临沂。等到了29号，新的援军终于到了，这是汤恩伯军团的一个骑兵团，还有万毅将军率领的东北军57军一个旅，三路夹击，日军再次溃败，丢弃尸体和装备无数。就在这时，日军司令官寺内寿一也命令板垣停止进攻临沂，反正你们也搞不定，所以别浪费时间直接去进攻台儿庄吧。板垣真的是气炸了，丢了面子又折兵，对此绝望的他差点切腹，幸亏被手下阻拦住。

临沂之战从3月3日到29日，中国军队顽强的守住了临沂，共歼灭日军6000多人，59军伤亡1万多人，庞军团也伤亡8千多人。此战以后，张自忠将军汉奸的罪名彻底洗清。临沂之战中国军队斗志高昂浴血奋战，加上长期严格的训练练就的军事素养，主官视死如归，使得狂妄的第五师团继平型关之后又一次遭到了惨败，临沂也成了华北抗战中第一个在侵略者面前屹立不倒的城市。