张自忠是个悲剧将军，最终在抗战中光荣殉国，为上将军衔。
于是坂本旅团长立即将主攻临沂正面的大量部队抽调回来，全力反攻59军。
这个坂本还是有一手的，并非草包。他发现38师由于兵力不足，下属两个旅进攻的时候中间不可避免的露出一个缝隙。
坂本立即命令第11联队由联队长野佐一郎亲自指挥，从这个缝隙反包抄59军侧后。
第11联队迅速沿着这个缝隙钻入59军侧后，全线攻击59军后方的涯头，刘家湖，苗家庄，钓鱼台等地。
日军使用重武器猛烈攻击这几个据点，同时调动飞机10多架疯狂轰炸，一度占领刘家湖。
张自忠得知这个情况以后，也吃了一惊。他立即命令作为预备队的38师另外一个旅，也就是114旅阻挡日军进攻，同时命令180师掉头迎击日军。
两军正面硬碰整整五昼夜，双方旗鼓相当，不分胜负。
由于此战双方处于对攻，期间战斗激烈无比，一个刘家湖阵地一天之内双方互相占领4次，崖头阵地则是3次，茶叶山也有2次。
由于日军火力强大，防御中山炮野炮构成最外围的火力封锁线，迫击炮重机枪构成中间火力封锁线，最里面还有轻机枪，掷弹筒，步枪构成的封锁线。
而59军一个师仅有火炮一个营，性能还很差。在用山炮攻打亭子头的五个碉堡中，步兵打下了三个，剩下两个步兵冲不进去，只好依靠火炮打击。但59军的重炮为老式的沪造克式山炮，是江南制造局在1905年仿造德国克虏伯75毫米山炮的产品，早在一战时期已经属于被淘汰的产品。到抗战时期，该火炮早已经过时，无论炮弹初速，射程，炮弹威力都无法和30年代火炮相比。
59军火炮使用太久，连瞄准器都已经损害，远距离炮击完全没有把握，只能将火炮推进炮楼底下的民房中。然后他们将民房墙壁凿穿，这样火炮距离炮楼仅仅只有300米。两门火炮发射10多发炮弹击毁了炮楼。这种用山炮当火箭筒的使用方法，恐怕也只有59军无可奈何才能发明的出来。
重武器相差太大，59军更多时候根本无法使用火炮，只能依靠官兵硬冲。
面对着三层火力封锁线，59军伤亡相当严重。其实就是之后太平洋群岛上的美军，面对日军的防守也是没有好的办法，伤亡也很大，更不要说装备武器和美国有天壤之别的西北军了。
期间59军进攻步伐一度减慢，张自忠下令将指挥不利的114旅旅长李金镇，222团团长黄长贵，225团团长杜兰喆都撤职。
以刘家湖阵地为例，由于刘家湖是日军前线补给中心，堆积着大量军用补给品。所以日军集中精锐部队死守此地。
主攻的228团以一个精锐排乘着夜色突袭冲入刘家湖消灭日军哨兵，然后以一个主力营冲入刘家湖。
日军措手不及，乱成一团，但很快稳定下来，以每间房子为单位防守。228团其他几个营也攻入，同时使用所有的迫击炮，手榴弹，枪榴弹对准日军固守的每一座房子猛烈轰击，将日军压缩到西北角。
同时张自忠派遣225团负责增援228团，这两个团的兵力猛攻刘家湖，激战到第二天凌晨三点钟，日军在刘家湖的部队几乎被全歼，少量残部突围逃走。
在刘家湖被攻击的同时，日军从汤头连续四次增援，但都被负责阻击的59军部队击溃。
仅仅一夜的战斗，228团原有2000多人，现在仅剩1000多人，损失了一半以上。224团也伤亡近半，营长冯运申中弹受伤，由于军情紧急，他躺在担架上坚持指挥到结束，因此差点送命。战斗后，冯被提升为226团团长。
战至17日，张自忠59军伤亡很大，总数超过6000人，一线营长伤亡三分之一，连长排长几乎全部伤亡换人。但59军仍然奋力猛攻，攻势没有丝毫减弱。
日军也疲惫不堪，伤亡超过2000人，弹药也几乎耗尽（后方公路被破坏，送不上来）。
当时李宗仁得知这个情况，命令59军暂时撤下来休整。
张自忠却深知日军的情况比59军更惨，几乎接近崩溃，但59军伤亡太大，也无力继续猛攻，目前就看谁能再坚持下去。
张自忠向李宗仁要求再打一天一夜，如果不胜就同意撤退。
张自忠说：我军伤亡很大，但敌人伤亡也很大。敌我双方都在苦撑，战争的胜负决定于谁能坚持最后五分钟。
李宗仁经过慎重思考，同意了张自忠的建议。
张自忠立即下令，59军所有营，团级别军官全部要到最前线指挥作战，师长，旅长必须到达团的指挥部作战，他自己亲自去师部督战。
张自忠命令59军所有炮兵部队全部推至第一线，包括所有的山炮，野炮，重迫击炮和轻型迫击炮。所有火炮限在3月17日黄昏之前发射全部炮弹。
59军在17日全天发动极为猛烈的攻势，全线进攻日军盘踞的刘家湖，苗家庄，船流等十多个村庄。当天59军所有山炮野炮迫击炮都猛烈发射，将全部炮弹打向日军。
59军各级指挥官全部赶到一线，连张自忠自己也赶到前线指挥。当时一些炮弹和炸弹落在张自忠身边，他根本没有躲避，只是忙于指挥部队。59军官兵士气大涨，纷纷说：军长在前线，我们还怕什么，一定要和敌人拼个你死我活。
日军在这种猛攻下伤亡很大，焦头烂额，却仍然奋力坚持。战至黄昏，日军还固守着几个核心阵地。
张自忠下令38师223，227，228三个团全力发动夜袭，务必全面击溃日军。
该部经过激烈无比的肉搏战，将日军第11联队第3大队几乎全歼，仅仅刘家湖阵地就留下400多具尸体（日军信奉神道教，认为人死以后如果尸体不能回国，就永远成为孤魂野鬼，所以一般绝对不会遗留下尸体）。第3大队大队长牟田中佐被击毙，连第11联队联队长长野大佐也被击成重伤。
日军由此再也顶不住了，他们放弃阵地全面后撤，崩溃了。
而临沂正面方向国军也加入反击。由于日军被迫停止进攻临沂第3军团，庞炳勋立即率领39师出城夹攻日军。日军两面被袭击，狼狈不堪。
日军残部随即放弃难以携带的辎重，全军向后狂奔30里，撤退到汤头镇及以北之莒县关门死守，不敢再出击。
同时坂本旅团长紧急向青岛的板垣征四郎师团长要求支援，板垣将第5师团另外一个旅团，也就是第9旅团立即向临沂方向开进。
但让日军没有想到的是，沿途公路几乎完全被沈鸿烈的海军陆战队和地方民团破坏干净。日军第9旅团的载重车辆几乎寸步难行，卡车在公路上只能以蜗牛速度前进，直到4月初大部队才赶到临沂一线。
此战，第5师团坂本支队伤亡3000多人，国军缴获包括枪械弹药在内的大量物资，包括日军来不及带走的3门大炮，还活捉了几十名俘虏。
在缴获的物资中发现了第5师团师团长板垣征四郎的大衣和私人印章，显然日军撤退的非常慌乱，这些重要的东西也没有被带走。
由于临沂作战的成功，蒋介石奖给59军10万银元，并且提升张自忠为27军团军团长，59军扩编为27军团。第3军团也有相当的奖励，活着的官兵都授予勋章。
第二次临沂战役
第一次临沂战役结束没多久，临沂情况就发生了巨大的变化。由于台儿庄方面战斗激烈，台儿庄内的孙连仲部几乎支持不住，3月20日李宗仁调59军增援台儿庄方向，仅仅留下114旅协助守城。
第5师团得知这个情报以后，立即在23日进攻临沂，妄图乘虚而入。
他们从青岛方向增兵4000多人，保证了坂本支队仍然有1万5000人的规模。同时又配属了刘桂堂伪军3000多人，还有张宗援伪军3000多人，总兵力超过2万人。
注：
1.刘桂堂是山东的土匪，被韩复榘全歼以后，投靠日本人，被封为皇协军前进总司令。刘桂堂跟随日军赶到鲁东，很快又拉起一支土匪为主的伪军。1943年11月被八路军在山东击毙。
2．张宗援的经历很奇特，他原来叫伊达顺之助，是日本的皇族，但自小品质恶劣，曾经开枪打死同学被判刑12年。后来因为家族的关系，他被提前释放，随后到中国发展。张在中国主要充当各种势力的军事顾问，包括后来大名鼎鼎的山东军阀张宗昌。1929年他与张宗昌结为义兄弟，改名张宗援，并且在1931年放弃日本国籍。此次侵华他召集一批张宗昌旧部，组成了伪军。张宗援在抗战胜利后被列为战犯，于1948年被国民政府下令枪决。
庞炳勋第3军团再次同日军死战，由于第一次临沂战役时弹药消耗很大，他们此战尽量节省弹药，不等日军进入200米内不开枪，尽量做到每枪都击中敌人。
日军攻势比上次还猛烈，第3军团兵力又完全来不及补充，只得以残部誓死抵抗，但无奈本来只有1万多人，经过上次激战伤亡了5000人，现在也仅剩7000多人。进攻日军数量众多，以第3军团残破的现状，绝对不可能长期坚守。
由于此次日军目的是援救台儿庄，所以进攻比上次还要猛烈的多，也是玩命了。仅仅在临沂城东的三官庙一线，日军就使用了9架飞机，重炮9门。
庞炳勋部奋力坚守，战斗持续了几天，庞部在战斗中伤亡很大，一些部队伤亡居然超过九成，但仍然誓死不退。临沂城北作战非常激烈，战后几乎每个村子的小孩都捡到几百斤的子弹壳。
比如固守河东阵地的汪大章营，全营没有一个愿意后退，结果200多人全部殉国。
日军后来攻陷部分庞炳勋部死守的阵地，发现战壕里面全是战死的人，根本无一人幸存。阵地上遗体互相堆积，真称得上尸山血海。
激战到高峰，第3军团一些阵地几乎没有兵了，连李云通旅长也亲自手持捷克式轻机枪扫射日军，甚至连到阵地劳军的几十名中学生和小学教员也全部自发拿枪参加了战斗。
好在还有当地民众的支持，临沂附近老百姓冒着炮火给国军守军送饭，搬运伤兵和弹药，没有一天中断。
这样第3军团又继续支持了几天，但部分阵地已经被攻破，其他阵地也摇摇欲坠，情况极为危急。
庞炳勋被迫发电给李宗仁求救。
李宗仁和蒋介石犹豫再三，决定还是要确保临沂，如果临沂丢了，台儿庄一样非常危险。
蒋介石于3月23日下令：59军不必向泗水、滕县分兵，应全军协助第40军歼灭临沂北方之敌。
张自忠部立即率部返回临沂作战。
此时日军经过增兵，仅仅第一线攻击波次就有4000多人。而张自忠部队在第一次临沂保卫战中伤亡四分之一6000多人，元气还没有恢复。此消彼长，优势转向日军一方。
25日，59军的38师和180师先后和日军遭遇。日军再次措手不及，59军连接攻陷桃园，三官庙，南北道，古城等地。
但26日日军以主力部队迎面猛攻59军的38师。38师由于之前战斗伤亡太大，这次没能抵住日军进攻，被迫放弃桃园后撤。
当时38师已经用尽预备队，黄维纲师长向张自忠汇报了情况。
张自忠说：你们要坚决顶住。我们确实困难，但日军更困难。要坚持最后五分钟。我已经派出180师分兵支持你们，不久就能赶到。
黄维纲忍不住说：问题是正面部队伤亡太大，真的已经顶不住了，我这边实在没有人可以往前线调了，怕是等不到180师赶到。
张自忠大怒，大声说道：没有人吗？为什么你身边还有人说话。
黄维纲师长一气之下用力挂了电话，将身边的卫兵和大部分文职人员全部武装起来，由他亲自带领上第一线增援。
这边张自忠虽然训斥了黄维纲，但他知道黄作战勇敢，性格又非常沉稳，非到万不得已，绝对不会说这种话，看起来他真的顶不住了。
张自忠放下电话，命令自己的警卫手枪营配合676团2营立即跟着他出发，张自忠亲自率领这支部队赶到38师阵地。
在增援的路上，日军发现似乎有个高级军官在前方，立即调动火炮猛烈轰击，张自忠身边瞬间都被炮弹覆盖，但他相当沉着，继续用望远镜观察日军阵地，并且指挥部队利用炮击的间隙跑步增援。
就这样，59军稳住了阵脚。
此时日军仍然在猛攻临沂，庞炳勋部队死守每一个散兵坑和每一栋房屋，几乎每一个阵地都坚守到最后一个人，只要还有一个人活着，就会顽强阻挡日军的进攻部队。
为此，第3军团付出了极大的伤亡。
26日这一天，庞炳勋部1万3000多人中，还可以作战的仅剩1000多人，几乎伤亡殆尽。
庞炳勋见实在无法坚持，再次向李宗仁紧急求救。
张自忠接到庞炳勋危急的命令后，咬牙命令部下强攻，自己也赶到第一线指挥战斗。
战至27日，双方激战到了顶点，当天张自忠部就伤亡2000多人，但日军始终不能前进。
日军久攻不克，伤亡也很大，最重要的士气倍受打击，进攻的势头也大幅度减弱。
随后的28日29日两日，同样筋疲力尽的59军和坂本支队勉强支持着向对方进攻，但进攻的猛烈程度已经大大减少，因为两军伤亡都已经近半。
战至29日，奉命从连云港增援的东北军缪澄流57军常恩多师333旅赶到临沂一线，同时台儿庄方向汤恩伯13军骑兵团也赶到临沂一线，日军由于公路被破坏，后方增援部队已经无法继续赶到。
国军在临沂的局势再次好转，日军陷入极大的被动中。
此时，日军坂本支队长和第5师团长板垣征四郎都明白，短时间内已经不可能占领临沂。而此时台儿庄附近的矶谷廉介第10师团的濑谷支队1万多人被层层包围，情况极为危急。
鉴于此，临沂的日军第5师团被迫下令：坂本支队放弃临沂进攻作战，也放弃沿公路作战的计划，抽调4个步兵大队、2个炮兵大队沿着山路增援台儿庄，仅仅留下2个大队在临沂一线固守，等待青岛日军第5师团第9旅团赶来增援。
但临沂西部的山路哪是那么好走的，6个大队日军被迫放弃了大部分重武器，也无法携带更多辎重，完全是轻装奔袭。
结果该部很快被刚刚赶到战场的国军骑兵团和东北军333旅拦截。
此时坂本支队伤亡太大，这6个大队战斗力已经降到最低点，实在无力突破这两支部队拦截，随即陷入苦战中。
这边临沂的59军和40军虽然伤亡很大，但也奋力进攻临沂附近的日军。
日军仅有2个大队兵力，完全不是对手，狼狈后撤，并且要求台儿庄方向的日军赶快回援。
最终前去救援的台儿庄的6个大队日军被迫撤退回来，沿途还被汤恩伯骑兵团大肆追击，伤亡惨重。
由此，日军进攻临沂战役完全失败，日军前后猛攻1个多月，始终无法占领临沂，反而伤亡巨大。
而台儿庄战役也因为临沂的坂本支队始终无法赶到，导致濑谷支队孤军深入，被孙连仲和汤恩伯两面夹击，国军获得大胜。
如果坂本支队能够及时击破临沂的国军，迅速赶到台儿庄，那么汤恩伯和孙连仲必败无疑。
所以说，临沂战役的胜利，对整个徐州会战是极为重要的。
李宗仁也说，临沂战役最大收获，就是将板垣、矶谷两师团拟在台儿庄会师计划彻底粉碎。造成台儿庄血战时，矶谷孤军深入为我围歼的契机。
第一次临沂保卫战日军伤亡3000多人，第二次临沂保卫战日军更是伤亡4000人，两者相加，歼灭日军7000人，占坂本支队总兵力的二分之一。
相比起来，装备低劣的59军和第3军团伤亡自然更大。
第二次临沂保卫战结束的时候，庞炳勋第3军团仅剩1000多人还能作战，加上后勤官兵，总数也不到3000人，该军团伤亡了整整1万人。
在临沂保卫战中受了重伤的新兵赫会清之后回到部队，他才知道全连146人已经牺牲得只剩下8个人。
而张自忠59军伤亡也很大，战前有2万2000多人，第二次临沂保卫战后38师仅剩5000多人，被迫缩编为1个旅，180师相对较好，余下来的还有8000人，这样算下来，59军伤亡人数也接近1万人，仅仅各级军官伤亡就超过800人。
国军伤亡总数为近2万人，歼灭日军7000人，这在敌我力量悬殊的情况下，已经极为了不起了。
从战略和战术的角度来说，第5师团在临沂都打了一个大败仗，不但没有实现军事目的，伤亡也惨重，甚至被迫撤退。
按照时间先后来说，临沂战役是先于台儿庄战役的一次大胜利，也是日军第一次彻底战败，打败了所谓皇军无敌的神话。
此战庞炳勋军团伤亡八成，仍然死守临沂，绝无一步后退。这在世界军事历史上，也是极少有的。庞炳勋军团的忠勇无畏，足以让我们这些后代感到极大的骄傲。
而张自忠的59军在火力绝对劣势下，巧妙的攻击日军侧后，以巨大的代价终于击溃强敌，迫使日军两次大败撤退，这在抗战历史上也是第一次。
此次临沂战役中，张自忠庞炳勋两个本来的死敌，为了国家民族，尽弃前嫌，拼死抗日。这种以国家民族为第一位的高尚品质极为让人钦佩，可惜，整个抗战中，并不是所有人都像张庞一样。
庞炳勋，张自忠这两支所谓的军阀杂牌部队，就这样扳倒了日军的王牌部队。
后续：庞炳勋在1939年被任命为24集团军总司令兼任河北省主席。可惜河北省已经全部沦陷，庞主要率领部队在敌后作战，自然是非常艰苦的。在日军连续不断的打击下，同庞炳勋一同作战的朱怀冰97军和张荫梧的3个师先后覆灭（主要被八路军消灭的），庞孤掌难鸣，被迫率部退入太行山区打游击。
1943年日军集中5万多大军分十几路进攻太行山，庞炳勋部被打散，庞身边只剩几个副官，加上腿部伤病发作，无法行走，躲入一个山洞。当时四面都已经被日军包围，庞炳勋只得投降日军暂时自保，这也是他人生一大污点。但庞炳勋随后试图将部队以军事演习名义拉走返回国军，只是被日军发现没有成功。
庞不愿意同国军作战，随后借口年纪大，放弃了伪军的军职，成为一个国民政府和日军，汪伪政权秘密的联络人，自然也没有危害过中国。庞本人抗战后也没有被处分，前往台湾以后和老兄弟孙连仲一同开了个小饭馆为生，在1958年病逝，享年85岁。
