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登入济宁城，双方短兵相接，血战数日，终因敌我双方力量悬殊，入城部队伤亡极大，17日晚撤至运河西岸。
与此同时，孙桐萱的第12军81师也直取汶上，于12日晚由开河镇渡运河，一部由城西北攻入汶上城内，与日军进行激烈巷战，终因人少势弱，损失严重，13日奉李宗仁之命撤向运河西岸。
2月17日，华北日军第二军总部指示第10师团矶谷师团击退汶上、济宁附近中国军队于运河以西；第5师团板垣师团以一个支队向沂水方向前进，配合第10师团作战。第10师团组成长濑支队，于2月17日开始对济宁方面中国军队反击，19日，日军攻陷安居镇，22日突破曹福林第55军阵地。
25日，日军突破杏花村阵地，26日越过运河占领嘉祥。中国守军被迫撤至相里集、羊山集、巨野一线。但李宗仁在这一线布置大量兵力，不断侧击北段南下之敌，使华北日军大部队在这一带徘徊不能南进，暂时稳定了战局。华北日军第5师团组成片野支队，于23日占领潍县，接着该支队编入坂本支队继续南进，并于3月5日占领汤头。
华北日军第二军司令官西尾寿造于3月上旬通过华北方面军向大本营申请“追剿眼前之敌，绝不是深入南进作战，为警备后方希望增加兵力”。得到日本大本营批准后，于1938年3月8日向第10师团作了传达。
3月13日，华北日军第二军正式命令第10师团消灭大运河以北之中国军队，第5师团以一部占领临沂后进入峄县附近配合第十师团作战。其企图是，“在达到以上目的后，大致在滕县、沂州一线，给以后作战作好准备”。
滕县和临沂均为鲁南要地，是日军由山东北部进到运河沿线必经之地，津浦铁路线上的韩庄和临枣支线上的台儿庄紧临运河北岸。
（本章未完，请点击下一页继续阅读）第二十三章：血战台儿庄(第2/2页)
华北日军大部队欲进占运河以北地区，必须首先攻占滕县和临沂，而后进占韩庄至台儿庄一线。
板垣、矶谷两师团，是日军精锐之师，此次进攻，来势相当凶猛，大有一举围歼中国军队之势。日军两个师团以六万兵力，在华北方面第二军指挥下，分两路向台儿庄进发。一路为板垣第5师团，沿胶济路西进，进逼临沂；一路为矶谷的第10师团，该师团沿津浦路南下，直取台儿庄。日军第二军按计划实施的进攻，直接导致了滕县及临沂战斗，从而展开了鲁南地区的台儿庄战役。
2月下旬，日军东路第5师团从山东潍县南下，连陷沂水、莒县、日照，直扑临沂。中国军队第3军团第40军等部节节抵抗。李宗仁派遣庞炳勋部，先在临沂建立防御阵地，以诱敌深入，先挡住日军第5师团的正面攻击，然后迅速调派张自忠将军的第59军，派遣参谋长封少君兼程驰援临沂。
张自忠部此时远在淮河流域一带，但是在接到命令之后，立刻以最快的速度，向临沂方向增援。此时日军也掌握到张自忠部的动向，但是日方估计，59军最快也要3天的时间，才能从峄县赶到临沂，所以日军认为可以抢先击溃在临沂弹尽援绝的庞炳勋部，然后再以逸待劳地反击张自忠部，因此日军估算张自忠部不但不能及时赶到临沂成为救援军，反而成为送上门来的“找死军”。
但是张自忠却率领59军进行日夜的急行军，这是吃苦耐劳与豪气干云的西北军特质，在军长的一声令下，竟然能够在一日一夜之内，提前赶到临沂。因此59军在敌方完全没有预备的状况下，就有如从天而降般地猛攻日军第5师团背侧，庞炳勋部将士更是用命地从阵地反击，日军绝对没有想到中国军队竟然会进行这种内外夹攻的拼命打法。
因此，在1938年3月14日到18日的临沂决战中，日军第5师团遭到极其惨重的损失，造成日军部队已经无法继续支撑作战，只有先撤退回莒县以困守待援。临沂之战得胜，它砍断了津浦路北段日军的左臂，促成了之后在台儿庄会战中，为李宗仁围歼孤军深入台儿庄的矶谷师团提供契机。
1938年3月中旬，临沂和滕县同时告急时，蒋委员长也认为在战略上有加强第五战区防御兵力的必要，调第一战区汤恩伯第20军团和孙连仲军团星夜增援。
汤恩伯第20军团是国军精华，军团辖两个军，第52军关麟征，第81军王仲廉。共计五个师，第2师郑洞国、第25师张耀明、第4师陈大庆、第89师张雪中和第110师张轸。
孙连仲第二集团军，名义上辖两个军，第30军田镇南、第42军冯安邦。
但在山西娘子关保卫战后，42军所剩只一空番号而已。该集团军实际可参加战斗的部队只有三个师，第27师黄樵松、第30师张金照、第31师池峰城。
汤恩伯是国民党中央军精锐，擅攻；孙连仲是西北军，擅守。