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南京失守后，日本在南、北两战场暂时胜利的基础上重新制订了对华的政略、战略，决定进一步加强军事力量和扶植傀儡政权，企图军、政两手并用，迫使中国政府屈服。1937年12月24日，日本内阁会议决定的《处理中国事变纲要》提出：“帝国政府切望南京政府迅速放弃其抗日容共政策，与帝国合作”，“但南京政府仍然标榜长期抵抗”，“有鉴于此，今后不一定望期与南京政府谈判成功(当时正当陶德曼调停间)，而继续寻求收拾时局之其他途径，并与军事行动互相配合，对事态的进展作好准备，以应付南京政府的长期抵抗。”1938年1月11日，日本御前会议又制订了《处理中国事变的根本方针》，提出：“如现中国中央政府不来求和，则今后帝国不以此政府为解决事变的对手，将扶助中国新兴政权的成立，与其协商调整两国邦交，并协助新生的中国建设。对于中国现中央政府，帝国采取的政策是设法使其崩溃或使它归并于新兴中央政府。”1月16日，经日本天皇裕仁批准，日本近卫内阁公开发表《不以国民政府为对手的政府声明》，宣称：“帝国政府在攻下南京后，仍然为给予中国国民政府以最后反省机会，一直等到现在。然而，国民政府不理解帝国政府的诚意，狂妄策动抗战……因此，帝国政府今后不再以国民政府为对手，期待能与帝国真诚合作的中国新政权的建立与发展，进而与这个新政权调整两国邦交，协助建设新兴的中国。”与此同时，日本撤回驻华大使。两国交战，交战一方政府不仅不宣战，反而否认另一方政府的存在，这既反映了日本政府的狂妄，也对国民政府的抗战起了一定的刺激作用。日本政府为实现上述新的对华政略、战略，1938年初建立了长期战争体制。但“当时日军的武器、弹药、器材等严重短缺，只有在增设兵团、休整部队、严肃军纪后，才能进行大规模作战”。为此，日本政府采取了一系列政略、战略措施。
1. 实行总体战体制
1938年1月22日，日本近卫首相在第73次议会上发表的施政演说中指出：为迫使中国政府屈服，以结束对华战争，必须建立国家总动员体制，也就是国家总体战体制。日军参谋本部于1938年2月草拟的《昭和军制建设纲要》解释说：总体战就是“倾国家的全力遂行战争”，“毫无保留地统一部署国家的全部力量，并始终指导和动用它来贯彻战争目的。使用的手段，分为武力、经济、政治和思想四个方面，它们互相联系，互相影响，但武力是决定性力量。”经激烈辩论，3月24日最后通过了《国家总动员法》以及《飞机制造业法》、《电力管理法》等数十个与战争有关的法令，使国内生产首先保证满足军需，将许多民用工厂转变为军工工厂，并拨款48亿日元，作为临时军事预算。
2. 进一步扩大军事力量
为了进行长期的对华战争，日本大本营计划于“1938年补充军队的消耗和缺额”，在“上半年新成立约11个师团”，并储备50个师基数的武器、弹药、器材，将军工生产提高到120个师团基数及3500架飞机。到“1940年完成对华取攻势、对苏防守的准备”，建成“60个正规师、30个暂编师、250个飞行中队”。
3. 制订1938年的战略方针
日军参谋本部认为：“在完成对华持久战略态势的同时，在作战指导上应采取纯消极持久战方针，把国力，特别是军力的消耗减少到最低限度。”1938年2月16日，日本大本营御前会议制定对华战略方针，主要内容是：在完成长期战争实质性的准备前，“不扩大战局，不主动发动大规模战争，维持现占领地区的治安，致力于扶持新政权”；至1939年，再“从三面向武汉实施分进合击”，准备使用“兵力20至30个师团”，“进行为期半年的作战”。
4. 在占领区加速建立傀儡政权
继1937年11月22日将“察南自治政府”(1937年9月4日在张家口成立)、“晋北自治政府”(1937年10月15日在大同成立)、“蒙古联盟自治政府”(1937年10月27日在归绥成立)三个伪政权合并，在张家口成立“蒙疆联合委员会”后，1937年12月14日，即南京失守的第二天，又急急忙忙地提前将“北平治安维持会”(1937年7月30日成立)、“天津地方治安维持会”(1937年8月1日成立)、“河南省自治政府”(1937年11月27日成立)和“山西省临时政府”(1937年12月10日成立)四个伪政权合并，在北平成立“中华民国临时政府”，1938年3月18日，再将“上海大道市政府”(1937年12月5日成立)、“南京自治委员会”(1938年1月1日成立)和“杭州治安维持会”(1938年1月1日成立)三个伪政权合并，在南京成立“中华民国维新政府”。据日本陆军省制订的《华中政务指导要纲》说，这样做是为了“促进蒋介石政权实质性的崩溃”。日军进一步让各傀儡政权“建设必要的警察队和军队，暂定为一个省警察队2万，军队2个师”。
5. 调整参加会战的日军指挥系统与部署
1938年2月14日，日本大本营下令撤销“华中方面军”、“上海派遣军”和第10军三个司令部，建立“华中派遣军”司令部，统一指挥华中地区的日军。同时调整了部署：将三个司令部的全体人员及司令官调回日本国内；因华北方面八路军进行的抗日游击战争不断开展，日军深感“后方部分地区治安不稳”，为加强华北兵力，1937年12月31日，将第9旅团归还华北第5师团建制；1938年1月15日和2月10日，又先后将第16师团和第114师团调往华北。
四、 会战前第五战区的作战方案
1937年8月淞沪会战开始后，抗日战争已经发展为南、北两个战场。国民政府最高军事当局为防止日军由东南沿海登陆，占领徐州、切断南北两战场的联系，于20日以大本营第1号训令宣布成立第五战区，负责指挥鲁南、苏北地区的战事。司令长官由蒋介石兼，副司令长官为韩复榘。大本营赋予第五战区的作战任务及指导要义是：“本战区作战之特性，为对敌强行登陆之作战，故以立于主动地位，确占先制之利，根本打破敌军登陆之企图，此为作战指导上之第一要义。纵使敌军一部先行登陆，务必迅速围攻而歼灭之，不使后续兵团借此以为安全登陆之掩护。此为作战指导上之第二要义。必要时，在指定地区之范围内扼要固守，绝对限制敌军之进展，运用机动部队而歼灭之，以确保我国军南、北两战场作战连系之中枢。”但在当日又发表了大本营第2号训令，撤销第五战区，辖区及部队改归第一战区。当淞沪会战局势趋于严峻之际，10月16日又重建第五战区，任命李宗仁为司令长官，韩复榘为副司令长官，长官部设于徐州，管辖地区为津浦线两侧及山东省，下属部队有第3集团军、第11集团军、第24集团军、第51军以及位于鲁南、苏北、豫东、皖北各地的军事单位和海军陆战队等。
(一) 战区成立时的作战计划
第五战区司令长官部遵循统帅部的意图，结合本战区当时的敌情、地形及任务，于1937年12月拟定了作战计划。其方针为：
(1) 第一时期(阻止敌之侵入)
一是守备黄河南岸之第一线兵团，直接守备黄河两岸，置重点于济南及其以西地区，分置有力之预备队于济南、泰安附近，并于黄河固守河岸，不得已时应确保直后方各要点，勿使敌扩大区域或威胁我主力之侧背。
二是守备海岸之第一线兵团，连接守备海岸各要点，阻止敌之登陆，并置有力之预备队于诸城、日照、东海间地区，以机动策应海岸直接守备部队，挫折敌登陆企图。敌已登陆时，亦须固守既设工事线，竭力阻止敌之发展。
三是第二线兵团位于徐州附近，添筑徐州附近国防工事，并准备利用津浦、陇海两线，应援第一线兵团之作战。
(2) 第二时期(兖州附近之会战)
一是黄河守备兵团，如受敌由长清及其以东正面压迫时，可向莱芜、泰安、肥城及新泰、大汶口地区逐次撤退，占领要点；并在该地区以北留置多数小部队，施行游击，迟滞敌之南进。
前节之目的业已达成，或敌由长清西北侧面压迫时，则平阴、东阿方面应竭力支持，掩护该兵团主力向南阳湖以北运河之线撤退，整顿态势，置重点于济宁附近，准备会战，同时对寿张、范县方面应予警戒。
二是济南以东之一部，不及向津浦路以西撤退者，可逐次向博山、泰安及新泰、泗水南北一带山地撤退，协助主力之会战，并向敌侧击。
三是日军主力于海岸上陆，或黄河守备兵团向泰安以南撤退时，海岸守备兵团之主力应逐次向日照、莒县、沂水之线撤退，左翼与新泰、泗水附近之友军连系，掩护战区右翼。其一部，当面如无敌情，仍固守东海附近海岸。
四是第一线兵团后撤时，第二线兵团即应以有力部队推进至邹县附近，间接支援黄河守备兵团之退却，直接阻止敌沿津浦线南下。余部仍控置于徐州附近。
五是兖州附近之会战，我以邹县、济宁两兵团及泗水、新泰附近之游击部队相互策应，以外线态势，保持重点于左，对南进之敌施以猛力反攻。
(3) 第三时期(徐州附近之会战)
一是兖州附近之会战，万一不利，敌由运河之线突入南阳湖以西平地时，或敌由海岸向西强压、越赣榆之线西进时，或敌由运河以西地区渡过黄河时，本战区所属各兵团应按如下行动：
运河沿线兵团，一部退至商丘固守，掩护战区之左翼；主力集结于微山湖西侧地区，准备向西南进出；
津浦路正面兵团，退至徐州西南萧县与津浦路间地区，准备向西北及东北进出；
新泰、泗水附近部队，退至峄县(今枣庄南)、费县间山地；日照、莒县、沂水附近部队，退至临沂附近；东海方面部队，退至陇海路以南沭阳、宿迁间地区，准备向北方进出。不得已时，可撤于运河西岸，阻敌之进出。
以控置于徐州一个师，配合地方军警团队，固守徐州城廓。
二是徐州之会战，以极少数部队据守核心，以战区全力之大部，按上述行动，发挥游击战之威力。
(4) 敌如由津浦南段北上时，则以新属于本战区之兵团，于浦口、滁县、明光等处逐次抵抗，求得时间之余裕，最后于临淮关以西淮河之线竭力拒止该敌，俟北方之会战成功后，再转移兵力击灭之。
(5) 战区司令长官部，于第一、第二两期作战时均位于徐州，第三期作战时，设战斗指挥所于宿县。
根据计划，12月7日下达了作战命令。其主要内容为：〔38〕
(1) 战区为确保山东要地之目的，以现在前方部队直接守备东海、青岛及胶东半岛各海岸，沿黄河阻止由津浦北段南下之敌；以后方部队集结于徐州、商丘一带，准备策应。
(2) 各兵团之部署概要如下：
1) 第3军团(第40军并指挥炮兵第6团)右翼连接第三战区，守备由旧黄河口亘连云港仓口之海岸，置主力于东海、连云之间，阻止敌之登陆。其司令部位于东海。
2) 青岛守备队及第3舰队守备青岛，拒止敌之登陆；第51军右翼连接第3军团守备夹仓口至青岛间之海岸及胶济铁路东、北至羊角沟，拒止敌之登陆。以一师位于日照、莒县、诸城间，另以一师控置于胶县、高密。其烟台方面之守备，由羊角沟以东、胶东半岛所属各县之保安队及地方武力担任之，由第51军指挥。
3) 第3集团军(第12军，第55军，炮兵第1、第2重迫击炮团，并指挥山东省保安司令部)右翼连接第51军，于青城至张秋镇之黄河南岸占领阵地。其配置：济阳以东一旅，济阳至长清一师，长清至平阴间一师，平阴以西一旅，其余为预备队，控置于济南、泰安、滋阳(今兖州)济宁、巨野、郓城之间；并派遣有力之支队及游击部队，于黄河以北广行搜索及袭击，以防敌之渡河。其司令部位于泰安，设指挥所于济南。
4) 第11集团军(第31军、炮兵第15团)以一师位于商丘、砀山间，一师位于柳泉、利国驿间，一师位于徐州。
司令长官部现在徐州。
(二) 南京失守后的作战指导及兵团部署
南京失守后，蒋介石于1月11日在开封将韩复榘免职，令第12军军长孙桐萱代理第3集团军总司令。在17日会议上，他向第一、第五两战区高级军官阐述了以武汉为防御核心的现阶段新作战方针：“我的战略是什么?简单明了的讲起来，就是东面要保持津浦路，北面要保持道清路，来巩固武汉核心的基础。”军事委员会制订了较具体的作战指导方案：“国军主力控制武汉外围及豫皖边区，积极整补，由华北及江南抽出有力一部，加强鲁中及淮南，积极袭扰，诱敌主力于津浦铁路方面，以迟滞敌人之过江西进；并广泛发动华北游击战，牵制、消耗敌人，妨害其南渡黄河、直冲武汉。”为贯彻这一方案、加强津浦线防守力量，军事委员会又从第一及第三战区增调第22、第24集团军等部队至第五战区。同时，重新划定作战地境：南与第三战区以长江为界，西以鹿邑、商丘、郓城、张秋镇、临清、阜城与第一战区分界。
当时第五战区兵力分布如下：
第3军团防守东海沿岸；
海军陆战队及第3舰队守备青岛；
第3集团军位于鲁西南地区，抗击沿津浦路南路南进的日军；
第11集团军配属第51军位于江淮地区，抗击沿津浦路北进的日军；
第24集团军位于苏北地区；
第27集团军位于安庆地区警戒江防；
第22集团军为预备队，位于苏、豫、鲁边区，以备策应。
第一战区的第68军位于豫东商丘、考城、兰封一带，防守陇海路并与第五战区鲁西南的第3集团军部队协同担任黄河以南之防守。
至1938年1月底，第五战区所属部队指挥系统如下：司令长官李宗仁参谋长徐祖诒第3集团军(孙桐萱)第12军(孙桐萱代)第20师(孙桐萱兼)第81师(展书堂)第22师(谷良民)第28旅(吴化文)第55军(曹福林)第29师(曹福林兼)第74师(李汉章)第22集团军(孙震)第41军(孙震兼)第122师(王铭章)第124师(税梯青代)第45军(陈鼎勋)第125师(王士俊)第127师(陈离)第24集团军(韩德勤)第57军(缪澄流)第111师(常恩多)第112师(霍守义)第89军(韩德勤兼)第33师(韩德勤兼)第117师(李守维)第11集团军(李品仙)第31军(刘士毅)第131师(覃连芳)第135师(苏祖馨)第138师(莫德宏)第3军团(庞炳勋)第40军(庞炳勋兼)第39师(马法五)第51军(于学忠)第113师(周光烈)第114师(牟中珩)第27集团军(杨森)第20军(杨森兼)第133师(杨汉域)第134师(杨汉忠)第3舰队、海军陆战队及辖区各地方武装部队五、 序战阶段津浦路南北段的战斗
(一) 双方的作战计划及指导
日本参谋本部虽然制订了“对华消极持久作战”的战略方针，准备在整顿、补充及扩大军事实力后再发动大规模进攻，“尔后转为彻底的收缩态势”，并规定了占领地区的限制：“华北方面，黄河以北及山东大部；华中方面，芜湖、杭州以东的江南”。但侵华日军“对胜利存在盲目的骄傲情绪”。特别是侵华日军当局的高级将领因迅速攻占南京及不战而占领山东，认为以现有兵力即可战败中国军队、迫使国民政府屈服。同时不满参谋本部的决定。如“华中方面军”在攻占南京之后，仍根据进攻南京时得到的“可以一部在扬子江左(北)岸要地作战”的指示，占领了滁县、来安、六合、全椒及扬州等地，并企图以两个师团的兵力沿津浦路北进，以配合华北日军在山东的作战。日本大本营认为准备尚未充分，兵力本已不足，若再扩大战场，则兵力更形分散，对尔后作战不利，故未予批准。可是侵华日军当局置大本营的指令于不顾，“上海派遣军”仍命令第13师团向凤阳、蚌埠进攻。“华北方面军”自1937年“年底以来，曾多次向大本营提出为使华北、华中连结起来进行徐州作战以及对武汉之敌施加威压、从而占领黄河南岸据点(郑州、开封等)的重要性”；1938年2月初，“从军自卫观点出发”，又提出了向徐州方向进攻的要求。日本大本营以前述相同的理由，复电指出：“不要被敌引诱导致战局扩大、兵力被牵制而妨害国家全面整理整顿……按大本营既定方针，绝对不能批准。”但日本第2军仍然下达了向大运河进攻的命令。不论是华中方面军还是华北方面军，都企图以既成事实迫使大本营同意他们的行动。至1938年2月上旬，南线日军已攻占蚌埠，正企图北渡淮河；北线日军已攻占青岛、邹县，正在诸城、两下店附近与中国军队激战中。
此时，中国军队第21集团军已由江南转移至合肥地区，加入第五战区战斗序列。第五战区司令长官部依照军事委员会1月23日要求在南线采取守势的电令，结合日军第13师团正向蚌埠方向进攻、淮河阻击战已经开始的具体情况，于1938年2月3日下达了新的作战命令。主要内容为：
1. 战区决对津浦南段之敌，拒止于淮河以南地区，由其侧方连续予以打击，渐次驱除肃清之，同时巩固鲁南山地。对津浦北段及陇海东段取侧击之势，牵制敌之南下或西上，以拱卫徐州。与第一战区之作战地境为郾城、周家口、鹿邑、商丘、城武、郓城、张秋镇之线，线上属第一战区。
2. 野战军区分运用如下：
(1) 第11集团军为第1野战兵团，位于定远西方三十里铺至淮河南岸之间，向临淮、蚌埠之敌侧背威胁，以牵制其渡河。第21集团军为第4野战兵团，在合肥、张桥镇一带集结后，向含山、全椒前进，侧击津浦南段之敌。第27集团军(第6军团)及安徽保安第3、第4团，归杨森军长指挥，为第3野战兵团，位于安庆以东，任安庆及其附近江面之守备，并在安庆、庐江、无为间地区游击。于学忠总司令指挥第51军、第31军为第2野战兵团，于淮河北岸布防，阻止敌之北犯。以上各部概归李品仙副司令长官指挥。
(2) 第22集团军为第5野战兵团，由滕县附近分途向北游击，相机规复邹县。
3. 按战区形势，划为四个游击区，应配备之基干部队及其任务如下：
(1) 第一游击区，以第24集团军之第57军(欠112师)及第89军为基干，位于淮阴及其以南地区，向津浦、陇海、江岸(长江)之敌游击；另以第112师任东海沿岸之守备。
(2) 第二游击区，以第3军团长庞炳勋指挥所部及海军陆战队为基干，位于鲁南山地，向津浦、胶济、陇海及鲁东南海岸之敌游击。
(3) 第三游击区，由第3集团军孙桐萱总司令指挥所部第12军及第55军，位于鲁西南地区，向运河、陇海之敌游击，相机规复济南，以为北进之根据。
(4) 第四游击区，以在皖北之保安队及在该区宋世科、孙伯文、季光恩等游击部队为基干，归李品仙副司令长官指挥，截断津浦南段，以阻止敌之增援。
4. 第59军即向宿县输送，集结该地待命。
为牵制北线日军、配合南线作战，军事委员会于2月4日下达了向“济宁以北采取攻势”的电令。第五战区于2月6日又下达了补充命令，主要内容为：
“(1) 第3集团军以主力向济宁攻击，以一部由开河镇附近，迂回攻击汶上。
“(2) 第22集团军主力向邹县，一部迂回曲阜、邹县间攻击，另一部控置于临城、韩庄间。
“(3) 第3军团在临沂附近，配合该方面地方部队，各以一部夺取蒙阴、泗水后，向泰安、大汶口间及南驿、曲阜之敌威胁。对日照、莒县、沂水北方要点，派一部与海军陆战队联合扼守。”
(二) 淮河阻击战
1938年1月中旬，日本“华中方面军”分布在以下各地：方面军司令部位于南京，第10军司令部及第18师团在杭州地区，第14师团在湖州地区，第6师团在芜湖地区；“上海派遣军”司令部及第16师团在南京地区，第3师团在镇江、常州、无锡地区，第9师团在苏州、昆山、太仓地区，第101师团在上海地区，第13师团在滁县、来安、全椒地区，第11师团之第10旅团在扬州地区。1月中旬后第16、第114师团调去华北，第10旅团(天谷支队)调南京接替16师团。不久又调回日本本土，归还第11师团建制，扬州由第3师团一部接管。
日军第13师团自1937年12月20日不战而占滁县及其附近地区后，不断向北推进。第五战区防守淮河以南地区的第11集团军第31军的主力控制于明光(今嘉山)附近，利用半塔集、自来桥、张八岭及藕塘等丘陵地带的有利地形阻止北进日军，并不时以小部队实施袭扰性反击。
1月15日，日军第13师团第26旅团由滁县沿津浦路向北进攻，中国守军以运动防御逐次退守池河西岸，日军于18日占领明光。1月26日，日“华中方面军”下令，命第13师团“歼灭凤阳、蚌埠附近之敌”，第13师团遂部署3路向北进攻；第26旅团长沼田德重率步兵4个大队、配属山炮2个大队，为东路，从明光渡池河，沿津浦路向蚌埠进攻；第13师团长荻洲立兵自率主力为中路，从滁县出发，在池河镇渡池河，由总铺、凤阳向蚌埠进攻；第65联队长两角业作率步兵3个大队、配属山炮1个大队，为西路，从全椒出发，在大桥镇附近渡池河，经定远、西三十里店、年家岗，迂回至高塘湖北端之上窑地区，掩护并准备策应东路军、中路军的作战。经激烈战斗后，三路日军先后突破池河防线，进至西岸。守军第31军按李宗仁的命令，将主力西撤至蚌埠西淮南铁路一带，待命侧击北进之敌，以一部兵力在淮河、池河之间进行逐次抗击。东路日军于28日渡过池河，2月1日攻占临淮关，2日占领蚌埠；中路日军于29日渡过池河，2日占领凤阳；西路日军于28日渡过池河，2日占领定远。
当日军强渡池河时，李宗仁为加强南线的防守力量，急调第51军由砀山南下增援。第114师首先到达，立即在蚌埠至五河间淮河北岸布防，并赶修工事。日军第26旅团于1日攻占临淮关，次日晨在主力进攻蚌埠的同时，派出1个大队，在飞机、炮兵火力掩护下，由淮河向南凸出处强渡淮河。激战4小时，被守军第340旅击退。蚌埠守军于2日退向淮河北岸，并炸毁了淮河大桥，但原停泊在南岸的数百艘民船未及撤走。2月3日，攻占蚌埠的日军第26旅团又以约2个大队的兵力乘民船在蚌埠以东实施强渡。防守该段的第342旅英勇抗击，但仍有一部日军登上北岸。2月4日晨，第51军的第113师车运到达，与第114师协同反击，将已登上北岸之敌击退。但当日日军第26旅团另一部兵力在蚌埠以西渡过淮河，攻占怀远，进抵涡河南岸；第65联队亦进至上窑。第51军调整部署：命第113师及安徽省保安第2团防守小蚌埠(在蚌埠北，为淮河北岸的小镇)至怀远、涡河北岸一带河岸阵地；第114师在其左翼，防守临淮关北岸至西门渡河岸阵地。军部位于固镇。
2月8日，日机20余架轰炸小蚌埠，立即又以炮兵进行火力准备，将河岸防御工事全部摧毁。千余日军在炮火掩护下乘民船、汽艇实施强渡。守军顽强抗击，两次击退渡河日军。当晚23时，日军又进行夜间强渡，一度登上北岸，攻占了小蚌埠。第113师师长周先烈令第337旅反击，激战至9日1时，恢复了阵地。10日拂晓，日军再次发动大规模的强渡进攻，10时前后攻占了小蚌埠。第113师全力反击。双方反复争夺多次，小蚌埠终于为日军占领。
2月10日，与侵占蚌埠日军发动进攻的同时，侵占临淮关的日军亦发动强渡进攻，6时前后首先突破晏公庙沿岸阵地，不久占领梅园子、前坂子、新庄等地。第114师师长牟中珩令第340旅组织反击，“浴血肉搏”一整日，夺回新庄、梅园子等部分阵地。但至11日，日军后续部队渡过淮河，第114师伤亡2000余人，终因兵力、火力不足，无力恢复及守住沿河岸的阵地，被迫撤至沫河口、年家庙之线。由于沿岸阵地多处被突破，许多守军部队因军官阵亡而失去指挥。为集中力量、整顿部队，第51军军长于学忠下令全军于11日夜向淝河附近之何集、新马桥之线转移。
2月13日，李宗仁将刚刚转隶五战区的张自忠之第59军调至固镇附近，接替了第51军的防地。第51军撤至西寺坡车站一带休整。第59军部署第38师(欠第81旅)防守固镇以西瓦疃集至杨店子之线，第180师防守杨店子至固镇东南徊小楼之线，军部位于任桥。此时日军第13师团主力的大部进至淮河以北。李宗仁命第31军由淮南铁路向上窑、凤阳，令新隶五战区的第21集团军第7军由合肥向明光、定远分别实施侧击；同时要求空军支援，轰炸蚌埠、临淮关之敌，迫使日军将已渡淮北的主力撤回淮南，以加强蚌埠及津浦铁路的防守。张自忠乘机于15日令第180师和第38师各组成一个加强团，向小蚌埠之敌实施反击。经战斗，收复小蚌埠，淮河以北的日军全部撤回淮河以南。
2月17日后，津浦路北段形势趋紧，日军开始由济宁向运河以西的第3集团军进攻。20日，李宗仁按蒋介石的指示，电令“张自忠即调赴临城待命”。津浦路南段仍由于学忠的第51军防守，暂时与日军隔淮河对峙。
(三) 鲁南反击战
1938年2月上旬，当南线战场中日两军正在蚌埠地区淮河南岸进行激烈的渡河攻守战斗时，第五战区为防止北线日军乘机南下，遵照军事委员会的意图，采取以攻为守的战术，于2月6日命令第3集团军向济宁、第22集团军向邹县、第3军团向蒙阴发动攻势。各部分别进行了反击的准备。
第3集团军当时仍防守于鲁西南地区，总司令部位于曹县，第12军驻定陶、城武地区(其第28旅在东平、长清一带活动)，第55军驻金乡(总司令部直属之刘耀庭部游击队在汶上以北的袁口、铁庙镇一带活动)。代总司令孙桐萱接受的任务主要是以主力攻占济宁，以一部攻占汶上，尔后向济宁、兖州间实施侧击，策应主力作战；目的是确保陇海铁路的安全和威胁沿津浦路南下日军的右侧翼，相机切断津浦铁路之交通。
日军于1月4日占领兖州、曲阜，6日占领邹县，11日攻占济宁。此时，济宁日军为第2军第10师团第8旅团的第39联队主力，约1500人，大部控制于南关，城中守卫部队约400余人；汶上日军为第39联队的第3大队，约500人。第8旅团主力与第10师团司令部位于兖州。孙桐萱于2月10日下令，命第55军由金乡向济宁南关之敌进攻；命第12军的第22师由定陶经巨野、嘉祥迂回至济宁以北的二十里铺附近，尔后向济宁北门进攻，协同第55军收复济宁城；命第81军对汶上之敌进行袭扰。规定2月12日拂晓前到达进攻出发地位，12日开始进攻。
曹福林的第55军派出一部兵力前进至济宁西南安居镇附近运河西岸，进攻开始时仅以第171团及第439团各一部渡河，向济宁火车站及西关等地进行袭扰，并未以主力实施进攻，不久即为日军击退。
谷良民的第22师到达嘉祥以东的运河西岸后，部署以第64旅为主攻部队，第66旅为预备队，随师部控制于运河西岸。第64旅由大长沟通过运河木桥，于12日拂晓前到达进攻出发地位；第127团控制于二十里铺，掩护主力进攻，对汶上日军进行警戒；第128团及第129团秘密配置于济宁北关两侧，旅部推进至兴文镇。根据事先侦知的情况，本来预定天明后以小分队化装成居民潜入城内，然后发起进攻，里应外合，控制城门，歼灭城内日军。但日军已有觉察，当天未开东、西及北城门。第64旅旅长时同然急令北关的两团改为攀城强攻。12日22时左右开始用长梯多路同时攀城进攻，伤亡甚众。后在西北城角处击坍一段城墙，约有9个连从缺口突入。日军第39联队大佐队长沼田多稼藏将主力调入城中增援，首先以反冲击控制了城西北角的缺口，切断城内外中国军队的联系，然后向突入城中的部队发起围攻。双方在北大街及城西北隅关帝庙一带展开了激烈的肉搏巷战，逐屋争夺。突入的部队孤军奋战，弹药及人员均得不到补充，血战一日夜，至14日拂晓，9个连的勇士全部壮烈牺牲。在城北的第64旅残部，13日23时接到孙桐萱令其向运河西岸撤退的命令，在当地群众协助下，从北关外小道通过沼泽地转移至运河东岸，由第66旅接应，用民船渡过运河，到达西岸。掩护撤退的后卫营损失较大，营长战死；负责接应的第66旅旅长薛明亮亦中弹负伤。第3集团军实际参加进攻济宁战斗的不过1个旅的兵力。在人员不占真正优势、武器装备处于绝对劣势的情况下实施攻坚战斗，虽然广大爱国官兵拼死奋战，仍不可能实现军事委员会及第五战区的战略企图。
展书堂的第81师于12日夜开始进攻汶上城，一度攻入北关，受日军猛烈火力袭击，伤亡甚众。由于济宁方面的第64旅已撤回运河西岸，第81师亦主动撤至开河镇附近，沿运河之线防守。
2月17日，日军第2军参谋长铃木率道少将按照军司令官的意图，指示第10师团师团长矶谷廉介，令第8旅团旅团长长濑武平少将指挥以步兵约4个半大队、山炮兵1个中队为基干的“长濑支队”，于20日开始向运河防线的中国军队发起进攻。经5日战斗，25日日军突破运河防线，26日攻占嘉祥。日军占嘉祥后留一部兵力防守，主力集结于济宁。第3集团军在逐次抗击后，撤至巨野、独山镇、大义集、孟家屯、相里集之线防守。
在第3集团军向济宁、汶上进攻的同时，第22集团军也开始向邹县之敌实施进攻。第22集团军于1938年1月上旬由陇海路的商丘、砀山地区转移至滕县、临城地区，以阻止因韩复榘擅自撤退而得以轻易、迅速进至邹县地区的日军。第45军的第125师在界河东西之线占领阵地，第127师随军部控制于滕县地区，第41军、第124师的第372旅担任滕县城防，第370旅配置于滕县西北的深井掩护第125师阵地左侧背，师部位于利国驿；第41军第122师为总预备队，随总司令部位于临城地区。当时邹县日军为第2军第10师团第33旅团的第63联队，有1个大队在两下店占领前哨阵地。
2月上旬，第22集团军接到向邹县之敌进攻的命令，孙震立即开始准备。由于该部减员太多且装备低劣，无力组织大规模的进攻，因此令第125师的第737旅由界河进攻两下店，令第127旅的第575团挺进至邹县、曲阜间，在敌人后方进行游击袭扰。
2月14日，第737旅以第746团、配属地方抗日红枪会数百人担任主攻，以第745团占领铁路及郭山进行掩护。第746团命第3营对两下店实施夜袭。两次袭击均被击退。16日下午，又以第1、第2营实施强攻，以第3营为预备队。经激烈战斗，于傍晚冲入村中，占领了两座楼房。但在日军猛烈的火力袭击下伤亡过半，被迫于拂晓前突围，退至郭山。17日14时，两下店日军开始反击。在进行了反复争夺后，第737旅于18日退至香城、普阳山一线，与日军对峙。
奉命渗入敌人后方的第575团，在当地抗日武装及人民群众的积极配合、支援下，于2月11日进至曲阜以南的九龙山一带。14日，在邹县至曲阜公路两侧的小雪村、凫村附近，先后以伏击战消灭了两批日军，击毁汽车4辆，击毙日军第10师团少将军官1名、士兵30余人。15日，日军由曲阜、邹县对进合击。第575团东撤至距邹县约16公里的田黄镇，尔后返回滕县防地，归还建制。
庞炳勋的第3军团于1938年2月上旬从海州调至临沂，中旬集结、布防完毕。日军第5师团于1月4日攻占蒙阴、沂水，10日攻占潍县。同日日本海军登陆占领青岛。此时诸城亦为日军占领，第3军团未能实施攻势作战即构筑工事，向蒙阴、沂水、诸城方向警戒。
2月21日，日军第5师团依照军参谋长17日关于以1个支队配合第10师团的作战、向沂州方面前进的指示，派第21旅团的第21联队由潍县乘车南下进攻莒县。当时莒县地区仅有刘震东的第一游击队及沈鸿烈的海军陆战队，力量不足。第五战区遂电令第40军派军支援。庞炳勋乃令第115旅配属2门山炮往援。该旅于2月26日到达莒县附近，但莒县已于23日失守，刘震东牺牲，海军陆战队已转移至高里附近。这时日军以坂本顺少将的步兵第21旅团为基干组成的坂本支队正西进准备进攻临沂。坂本支队的编成为：步兵第11联队(欠1个大队)，步兵第21联队，步兵第42联队的1个大队，野炮兵第5联队，山炮兵1个中队。
27日，日军坂本支队向第115旅发起进攻。经两日战斗，第115旅虽然顽强抵抗，但人力、火力均处于劣势，且伤亡又大，不得已主动炸毁2门山炮后于29日下午后撤，3月2日退回相公庄整顿。日军尾随第115旅追击前进，于3月5日攻占汤头。当其继续向白塔主阵地进攻时，遭到第39师防守部队的坚决抗击。庞炳勋组织了反击，由左、右两翼向敌人侧后迂回。日军被迫退回汤头，暂时形成对峙。
六、 会战前期——台儿庄作战
日本“华中派遣军”及“华北方面军”虽然在南北两线的淮河及济宁等地遭到了中国军队的坚决阻击及反击，受到一定的挫折，但得意于上海的胜利及南京、山东的轻易占领，不正确地判断了战争的发展趋势，认为在国际上“由于德国承认满洲国”，英国已“修订了对外政策，在欧洲接近德、意而自求安定，在远东缓和支持中国政权的态度，采取保持本国权益第一主义”，“国际形势大局正朝着对我有利的方向发展”；特别是错误地低估了中华民族的抗战决心，认为“中国的一般政局是逐渐丧失长期抗战的自信，外则失去各国支援，内则出现各种内政问题(指地方与中央、共产党与国民党以及国民党内部派系之间的矛盾)，现在正踏上崩溃之途”。对中国军队的看法则带有极大的片面性与盲目性，认为“在此次事变中，中国军队受到的损失，仅在华中方面就有40余万，连同华北方面合计约为80万左右；而且蒋介石多年苦心训练的、占中央军大部约六七个师，在华中方面受到彻底打击，大部分已丧失战斗能力”，因而他们不同意日军大本营的判断和暂时“不扩大方针”。尤其是“华北方面军司令官寺内寿一大将，对中央意图不满”，坚持他“使华北、华中联接起来，进行徐州作战”的主张，并在2月下旬向到北平传达“战场不扩大方针”的参谋本部第二课(即作战课)课长一再强调他的意见。他积极支持第2军继续向南入侵的企图，并于3月初将第2军的作战计划及要求增兵的报告转报大本营，说：“追剿眼前之敌，决不是深入南进作战。为警备后方，希望增加兵力。”这时日本政府及大本营中主张立即扩大侵略战争的势力开始占上风。3月1日，参谋本部一贯主张慎重的河边虎四郎大佐被免去负责作战指导的作战课课长职务，而以主张急进的陆军省军事课高级课员稻田正纯中佐继任，并迅速批准了第2军的作战计划和增兵要求。3月8日，第2军司令官西尾寿造、派军参谋鹈泽中佐向第10师团师团长传达了司令官的希望(非正式命令)：“应占领滕县附近及确保大平邑”。3月13日又下达正式命令，命“第10师团击灭大运河以北之敌，第5师团以一部占领沂州(临沂)后，进入峄县附近，配合第10师团作战”，“在达到上述目的后，大致在滕县、沂州一线为以后作战作好准备”。〔48〕日军第2军的进攻行动，直接导致了滕县及临沂的战斗，从而揭开了台儿庄作战的序幕。
(一) 滕县地区的战斗
为进行南进作战，日军第2军第10师团于2月间组成了以第33旅团为基干的濑谷支队(3月1日濑谷启少将替代田荣次郎少将，任第33旅团旅团长)。其编成及指挥系统如下：
濑谷支队步兵第33旅团步兵第10联队(欠1个半大队)步兵第63联队独立机枪第10大队野战重炮兵第1旅团中国驻屯炮兵联队第3大队(2个15厘米榴弹炮中队)野战重炮兵第2联队(欠1个大队)野战炮兵第10联队(欠1个大队又2个中队)临时野炮中队临时山炮中队独立轻战车第10、第12中队工兵、通信、汽车、卫生等约各1个中队濑谷启于3月8日到达兖州接任支队长，当日晚20时接到第10师团“作甲第119号”命令，令其作好进攻准备，以便“在适当时机击灭津浦沿线之敌”。师团参谋长堤不夹贵大佐还同时下达了书面指示，要求该支队“以主力攻击时，须先进入界河附近，尔后按当时情况，期望能一举追至滕县南面地区”。3月13日，第10师团师团长接到第2军令其“击灭大运河以北之敌”的命令后，立即又向濑谷支队下达了应“追击到临城”的补充指示。〔49〕
第五战区第22集团军发现当面之敌从3月4日起不时以小分队向第125师阵地实施威力搜索，日军飞机也频繁进行空中侦察，判断日军将发起大规模进攻。为将敌军阻止于滕县以北地区，3月10日前后，孙震重新调整部署：将控制于临城地区的总预备队第122师师部及第364旅移驻滕县，将第124师师部亦由利国驿移驻滕县，并任命第122师师长王铭章为第41军前方总指挥，统一指挥第122师和第124师。王铭章将第122师的第364旅部署于滕县以北约8公里的沙河一带构筑阵地，加强正面防御的纵深；令第122师的第366旅进出至滕县东北约50公里的城前地区，掩护第45军第一线部队的右侧翼。这时第45军第125师的第375旅主力在界河东西之线，第373旅主力在普阳山，第127师主力在龙山地区。
3月14日拂晓，日军濑谷支队在飞机、战车掩护下，从两下店开始向中国军队的阵地进攻，很快突破了石墙、下看埠、白石山以及香城等前哨阵地，进至深井、界河、普阳山及龙山等主阵地带以北之线。第22集团军第一线各部依托既设工事顽强抗击。日军猛攻竟日，中国军队虽然伤亡甚众，但阵地屹然未动。
15日拂晓，日军除继续由正面进攻外，还加强了两翼的攻势，并企图迂回至主力阵地侧后。右翼龙山一带因地形有利，又有第127师主力防守，所以形势尚稳定；左翼深井方面，第370旅力量薄弱，伤亡太大，形势危急。王铭章急调滕县城中仅有的一支战斗部队——第124师的第372旅至深井以南的池头集建立第二道防线，以掩护深井第370旅之后背，并加强纵深防守能力。
由于第22集团军的作战指导是企图以阵地防御将日军阻止于滕县以北，所以在日军进攻前后逐次将主要战斗部队全部部署于滕县城北各地，滕县城关地区仅有第122、第124两个师部及第364旅1个旅部，共有4个特务连的战斗部队。当战斗进展激烈、城外各阵地伤亡急剧增加、形势极为严峻时，第五战区电令孙震：“滕县为津浦路北段要点，关系全局，应竭力死守。”同时告知第20军团第85军正在驰援途中。孙震将情况及命令告知王铭章后，王铭章决定加强城防力量，固守待援，立即电令城前第366旅迅急回援滕县；令第364旅炸毁铁路大桥，留1个营防守北沙河，1个营防守城西洪町，其余撤入城内；令临城的第41军特务营赶赴滕县。
15日黄昏时，界河阵地已被突破，龙山被敌包围。由城前返回的第366旅仅先头1个营撤回滕县，主力在城头村附近与日军迂回主力部队遭遇，被迫向临城方向退走。至15日夜，滕县城关地区的部队虽然番号很多，但实际战斗部队仅有11个步兵连、1个迫击炮连，共约2000余人；此外还有师、旅部的4个特务连约500人，滕县地方武装约500人。总计约3000余人。由北沙河退入城中的第122师第364旅第727团团长张宣武受命为滕县城防司令，统一指挥城关各战斗部队。他部署由城前退回的第398旅的1个营防守东关，令第727团1个营防守东、北面城墙，令由临城赶来的第41军特务营防守西、南城墙；其余为预备队，控制于东门内。
日军濑谷支队进至滕县附近时将部队区分为两队。其支队主力进攻滕县，第63联队配属一部炮兵及战车，由辛庄、中顶山迂回至滕县以南，切断滕县中国军队的退路，并向临城攻击前进。
16日8时，濑谷支队留一部兵力继续进攻北沙河，主力迂回向滕县发起进攻。先对东关进行了约2小时的炮火准备，然后集中火力将东关外围土围墙轰开一个缺口，在猛烈机枪火力掩护下，以约2个小队的步兵向缺口处冲击。守军以密集的手榴弹火力封锁了缺口，并将敌击退。10时至16时，日军对东关连续发起了5次冲击，均被守军击退。但守军伤亡太多，曾3次从城中调预备队补充。日军经整顿后，于17时许又组织第6次冲击，突击部队改以三梯队实施波浪式冲击，同时还延伸火力向东门及城内实施拦阻射击，以阻止城内部队增援。经激烈肉搏，至黄昏时，日军突击部队第三波冲入东关，兵力约1个小队。当夜，守军再由城内增调1个连组织反冲击，将突入之敌大部歼灭，收复了东关。24时左右，防守深井、池头集的第370旅、第372旅残部及防守北沙河、洪町的第727团2个营先后由西门退入城中。此时滕县城北第45军各部均已在阵地被突破后分向微山湖及峄县等地溃退。
17日6时许，日军在飞机、炮兵火力掩护下再度向东关进攻，仍未有进展。下午将主攻方向改在南城，先以15厘米榴弹炮集中火力轰击城墙，致城墙上的守军大部牺牲。激战至15时30分，日军由坍塌处突上城墙，迅速向东、西城墙扩张战果。守军残部由西门退至西关车站。不久，东关及西城门楼均为日军占领，仅余城内、北门及东北城角的守军仍在继续抗击，王铭章在城中十字路口附近指挥巷战。但在日军强大火力制压下，守军逐渐失去指挥。王铭章企图至西关车站组织该地残部继续防守，在转移途中中弹牺牲。城中守军残部仍人自为战，逐屋抗击。18日中午，日军完全占领滕县城。〔50〕
当14日日军开始进攻时，第五战区司令长官李宗仁即致电蒋介石，请派军事委员会直接控制于豫东的汤恩伯第20军团第85军的第4师增援津浦路。经同意后即电告汤恩伯：“敌于津浦北正面增加兵力，大举反攻，以牵制我鲁南之作战，邓部(指第22集团军)兵少械劣，正面薄弱，两翼空虚，恐难拒敌，已电呈委座调贵军团85军驻商丘之一整师(指第4师)，由火车输送至滕县附近，作第22集团军之总预备队。”汤恩伯一方面向蒋介石去电：“恳明定本军归辖系统，以明职责”；一方面电复李宗仁：“恳将本军团全部调津浦北段出击，避免分割零碎使用，以益战局而杜分散，或作无代价之消耗。”实际上不肯令所部转隶别人指挥。当夜21时，汤恩伯接蒋介石来电，令其“85军即晚准备由商丘乘车经徐州向临城输送，务于17日拂晓前到达临城集结完毕”的命令，蒋同意第52军也随后东调，虽然隶属于第五战区，但全军团仍待汤“到徐州指挥”。汤这才复电李宗仁，应允令第4师出发。15日11时，李宗仁又电告汤恩伯：“铁道正面敌已突破界河阵地，进入二十里铺附近”，速令第4师“先头一部开往滕县附近，增加22集团军正面之抗战”，同时要求第85军“主力集结临城东北地区待机出击”。
16日，当滕县以北第45军阵地相继失守、第41军第122师已被围困于滕县城中、前线形势已极恶化时，第五战区还在计划将进攻的日军消灭于滕县以北。当日16时下达作战命令，主要内容为：“(1) 敌为牵制我鲁南之攻击，现集中济南以南之兵力，由铁路正面向我22集团军猛攻中。(2) 战区为击攘沿津浦线南下之敌，从铁道东侧包围该敌，将其聚歼于邹县以南地区。(3) 第22集团军应在现地极力拒止敌人，俟85军迂回成功后，转为攻势，以收前后夹击之效。(4) 第85军除一部直接支援第22集团军巩固滕县城防外，主力由铁道以东地区向下看埠亘邹县间迂击敌人，到达邹县南方高地附近后，相机向南与22集团军夹击两下店以南之敌而聚歼之。在迂回运动间，须派出极有力之右侧支队警戒前进。(5) 第3集团军(欠51军)应全线对当面之敌反攻，并以有力部队由济宁以北地区向兖州以北攻击前进，努力遮断敌之归路并阻止其增援。”第85军第4师先头部队在到达滕县以南的南沙河时，与向临城迂回的日军第63联队先头部队遭遇。汤恩伯抱定“避免临城决战”的方针，急令第85军以“第89师舒旅(第267旅)占领临城、官桥正面”，“主力向东西集山、凤凰庄一带集结”，没有派部队增援滕县。17日晨，日军第63联队开始向官桥进攻，并以一部兵力向官桥以南的临城迂回。经战斗后，第85军退至峄县(今枣庄南)地区，第22集团军总司令部退至利国驿，临城为日军占领。
18日，第20军团的第52军到达韩庄、利国驿地区，以第2师的第8旅占领沙沟，掩护主力在运河南岸布防。
(二) 临沂地区的战斗
日军第5师团为配合津浦路正面第10师团的作战，其坂本支队在休整及增配战车中队后，于3月9日开始在飞机、大炮及战车的掩护下集中兵力，重新从汤头向临沂东北地区的第40军发起进攻。守军虽然拼死抗击，但阵地仍不断被敌人突破。沂河以东、汤头以南的白塔、沙岭、太平、亭子头等处先后失守。第40军被压迫至临沂城郊地区。
早在日军刚攻占汤头时，李宗仁就已电令张自忠的第59军“即日由滕县输送到峄县转赴临沂，接庞(炳勋)任务，击破莒、沂方面之敌，恢复莒、沂两县而扼守之”。此时，第59军正向临沂转进中。李宗仁为了使庞炳勋军与张自忠军能更好地协同作战，特派战区参谋长徐祖诒代表战区司令长官去临沂指导作战。并致电庞炳勋，大意为：临沂为台儿庄及徐州屏障，必须坚决保卫，拒敌前进。除已令张自忠部来增援外，并派本部参谋长前往就近指挥。庞炳勋接电后，重新调整部署，缩短了战线，以第115旅(欠第229团)防守桃园至蒋家庄之线，以第116旅防守蒋家庄至黄山之线，以第229团、补充团及军、师直属队为总预备队，控制于临沂城关地区，以第89师师长马法五为前线总指挥。
3月11日，徐祖诒和张自忠率第59军从峄县急行军，于12日到达临沂城西地区，当日召开作战会议。两位军长统一认识后，由徐祖诒以第五战区司令长官的名义于13日下达了作战命令。主要内容为：“(1) 59军以一部确占石家屯一带高地，向葛沟、白塔间分途侧击，牵制敌人之增援；主力由船流至大、小姜庄间渡河，向南旋回，与40军呼应，包围歼灭敌之主力于相公庄、东庄屯、亭子头以南地区。在高里附近之陆战队暂归指挥。(2) 40军以主力由沂河东岸与59军呼应，包围敌之主力歼灭之；在沂河西岸之一部，渡河侧击尤家庄附近之敌。(3) 两军作战地境(略)。(4) 以上各部着于13日晚准备完，14日拂晓开始攻击。”
第59军以第38师附野炮第1营为左翼，于13日16时出发，先以1个营占领茶叶山，掩护师主力在石家屯、刘家湖、钓鱼台地区向东展开；第113旅、第112旅为第一攻击部队，进攻张家庄、白塔、沙岭一带敌人；第114旅为预备队，随师部位于刘家湖。第180师(欠第81旅)附山炮第1营为右翼，13日16时30分出发，至前安静庄、大小妾庄地区向东展开；以第26旅担任第一线攻击部队，进攻徐太平、亭子头一带的敌人；第39旅为预备队，随师部位于中安静附近。军部在进攻开始时位于朱潘村。
第40军的第39师以第115旅与第59军协同，向尤家庄之敌侧击，以第117旅向东、西旺一带之敌进攻。
14日4时，第59军各部强渡沂河，开始进攻，第39师在河西的部队亦同时向当面之敌进攻。第39师右翼第117旅进展顺利，击退当面之敌后进至东西旺庄、东西沙庄一线；左翼第115旅战斗终日，没有进展。第180师经激战后，于16时攻占亭子头，日军向南撤退。第180师跟踪追击，至15日，先后攻占徐太平、郭太平、大太平等六七个村庄。第38师进攻沙岭，遇到敌人的坚强抗击，激战两昼夜，仍无进展。16日拂晓前，日军增援兵力到达，转为反击，由沙岭从两个旅的结合部渡过沂河，向第38师后方“崖头、刘家湖、苗家庄、钓鱼台之线猛攻，并以飞机十余架轰炸”，与第38师预备队第111旅激战于崖头、苗家庄地区，并攻占了船流、刘家湖。
张自忠根据当时的战况迅速采取措施，调整部署：令第38师以有力的1个团加强茶叶山的防守，作为军的主要支撑点；令军部骑兵营由石家屯东渡沂河，向葛沟、汤头间出击，袭扰敌之后方；令进至河东的部队全部撤回河西，阻击渡至河西的敌人。双方在刘家湖一带展开激烈的肉搏争夺战，“刘家湖失而复得者四次，崖头失而复得三次。茶叶山一度被敌占领，旋即夺回”。至17日上午，第59军已伤亡6000余人，第一线作战部队的营长伤亡三分之一，连、排长已全部易人，但该部队仍坚守阵地，顽强战斗。此时日军因伤亡甚众，亦已无力发动强攻。张自忠掌握战机，集中全力组织反击，于当日黄昏后，利用敌人得不到飞机支援而又不惯夜战的有利条件，向河西之敌发动进攻。激战竟夜，以逐屋争夺的肉搏战将渡至河西的日军击歼近半。在日军遗弃的尸体中发现有第11联队联队长长野佐一郎大佐、第3大队大队长牟田中佐及第9中队中队长等多名军官。又据在刘家湖所俘一等兵玉利陆夫说，这次沂河两岸战斗，第5师团坂本支队伤亡约3000余人。日军大部退向莒县，一部退至汤头。张自忠令第38师的第114旅向汤头方向追击，停止于汤头以南李家五湖一线。其余部队除一部沿沂河西岸、茶叶山一带警戒外，全部集结到刘家湖一带休整。沂河以东日军在其主力北撤后，亦向傅家池、草坡一带撤退，第39师进至书家庄(树沂庄)一线。
李宗仁根据庞炳勋18日24时所报关于临沂方面日军损失情况(报告日军“伤五千余，亡三千余”)，判断日军暂时无力组织大规模的进攻，而19日峄县失守，津浦路正面形势紧张，于是于20日电令第59军留1个旅协同第40军防守临沂，主力转进“费县集结整顿后，乘虚向滕县南北地区，与由南阳镇附近渡河之第3集团军部队呼应，截击南下或北退之敌”。张自忠留第114旅归庞炳勋指挥，自率军主力于20日晚开始向费县转移。22日接到蒋介石电令，改令“以主力仍须与庞军团相协力肃清临沂当面残敌外，以约三至四个团经泗水进击曲阜方面，牵制敌人”，但此时军主力已离开临沂。
日军坂本支队退至汤头之线后重新集结，经短时间整顿及补充后，于29日又开始转为攻势。第40军兵力单薄，又未能得到补充，在敌进攻面前节节后退。至22日，撤至临沂城东桃园、蒋家山、石埠岭、黄山既设阵地；第114旅撤至临沂城北石埠头、古城、小官庄之线。日军跟踪追击。庞炳勋急电蒋介石：“职军苦战月余，伤亡甚众，官兵疲劳，临沂危急”，请发援兵。此时第59军已集结于费县。蒋介石于23日9时电令张自忠：“不必赴泗水、滕县，以整个军协力庞炳勋击灭临沂方面死灰复燃之敌。”第59军遂于24日返回临沂古城地区。
25日，第40军桃园、三官庙左翼阵地被日军突破，退守九曲店一带。第59军急从第38师抽调3个团，于当日20时西渡沂河，向已占领桃园、三官庙之敌实施夜袭，收复了桃园，但三官庙未能攻下。26日全天，沂河两岸均在激烈的反复争夺战斗之中。至黄昏时，第59军在桃园的3个团“出击受挫，复撤河西”；古城一带的部队在日军猛攻下，为“节约兵力”缩短战线，亦退至十里铺、前后岗头线。临沂形势又趋紧急。庞炳勋电告蒋介石：“职军伤亡殆尽，总计战斗兵现不满千人。”徐祖诒于26日15时亦电告李宗仁：“庞军兵力损失过巨……已失战斗力，张军实力虽剩半数，而士气较前甚差，非有生力援军，临沂难守，祈早决定。”李宗仁急调第57军第111师的第333旅及第20军团的骑兵团驰援。
27日拂晓开始，日军将主要进攻方向指向沂河以西的张自忠部。至28日夜，张自忠向李宗仁电告：“战事激烈为前所未有……职军两日以来，伤亡两千人，连前此伤亡达万余人。职一息尚存，决与敌奋战到底。”29日7时，第333旅到达临沂城东；下午，第20军团的骑兵团亦到达临沂城西。但此时日军第2军“因濑谷支队(台儿庄)方面的战况吃紧，命令第5师团救援濑谷支队。于是第5师团命令坂本支队暂时中止攻击沂州(临沂)，去救援濑谷支队。坂本支队队长在临沂附近留下步兵约2个大队，主力从29日夜开始缩小战线，撤兵南下”。临沂形势有所缓和。
3月30日，临沂守军发现日军“向北退却”，当即“令333旅沿沂河，骑兵团向艾山、义堂集一带追击”。日军第5师团师团长板垣征四郎在坂本支队西进后于3月31日进至汤头，接着又进至临沂西北的义堂集，指挥坂本支队留下的两个大队，将追击的中国军队阻止于汤头及义堂集以南，然后重新调整部署，增调部队，作再次进攻的准备。临沂地区虽然每日仍有战斗，但在日军发动大规模进攻前，形势相对稳定。
在临沂地区1个多月的战斗中，第59军及第40军共伤亡1万余人。日军第5师团伤亡约3000余人，并未能完成攻占临沂的任务。这是该师侵入中国以来，继平型关受挫后遭到的第二次严重挫折。
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