1938年春，坂垣征四郎指揮的日軍第五師團(tuán)在華北戰(zhàn)場推進(jìn)很快。這支師團(tuán)是日本明治時(shí)期組建的老牌甲種師團(tuán)，兵力兩萬多人，裝備坦克、野炮和騎兵，戰(zhàn)斗力強(qiáng)，在之前作戰(zhàn)中擊敗過多個(gè)中國部隊(duì)，被稱為鐵軍。

坂垣師團(tuán)一部分組成坂本支隊(duì)，大約兩萬人，從膠東登陸后南下，目標(biāo)是攻占臨沂，然后和磯谷廉介的第十師團(tuán)一起夾擊臺(tái)兒莊，切斷中國軍隊(duì)在徐州地區(qū)的交通線。

守臨沂的是龐炳勛的第三軍團(tuán)。龐炳勛右腿早年受傷，走路一瘸一拐，部隊(duì)是西北軍舊部，編制上叫軍團(tuán)，實(shí)際只有第四十軍三十九師，五個(gè)團(tuán)左右，一萬三千人。

武器多是老舊步槍，重機(jī)槍不到二十挺，沒有野炮，兵員補(bǔ)充也困難。龐部2月下旬從海州趕到臨沂，馬上勘察地形，部署陣地，在莒縣和湯頭一線阻擊日軍。

日軍先攻莒縣，龐部派部隊(duì)支援，但損失不小。3月9日，坂本支隊(duì)主力向臨沂城郊進(jìn)攻。龐部防線被突破，白塔、沙嶺等地陣地丟失，部隊(duì)退守城郊。龐炳勛把指揮部移到城內(nèi)，堅(jiān)持死守。

第五戰(zhàn)區(qū)司令長官李宗仁電令不能退，龐部就依托沂河構(gòu)筑工事，拖住日軍。3月初到中旬，龐部在湯頭、諸葛城等地反復(fù)阻擊，日軍用飛機(jī)大炮坦克掩護(hù)進(jìn)攻，守軍傷亡逐步增加，但陣地基本穩(wěn)住。

臨沂位置重要，是魯南交通樞紐，南通徐州方向，北連膠濟(jì)線。日軍兩路合圍計(jì)劃里，臨沂是必須拿下的點(diǎn)。如果臨沂丟了，坂垣師團(tuán)就能直接插到臺(tái)兒莊側(cè)后，徐州防線就危險(xiǎn)。李宗仁手里兵力分散，淮河一線也在打，只能調(diào)張自忠的第五十九軍增援。

張自忠西北軍出身。1930年中原大戰(zhàn)時(shí)，龐炳勛部曾襲擊過張自忠部，兩人有舊怨。張自忠1937年七七事變后在北平留守，背過漢奸罵名，后來率五十九軍在淮河作戰(zhàn)，逐步恢復(fù)地位。

五十九軍約三萬多人，裝備比龐部稍好，但也主要是步兵。3月12日，張自忠部一晝夜急行軍九十公里，從嶧縣趕到臨沂西郊集結(jié)。

兩人見面后，協(xié)調(diào)戰(zhàn)術(shù)。龐部守城，張部在外側(cè)翼運(yùn)動(dòng)，以攻為守，利用夜間日軍空中和炮火支援弱的時(shí)候打側(cè)擊。3月14日，張自忠部渡過沂河，從側(cè)翼進(jìn)攻，龐部從城內(nèi)反擊，內(nèi)外夾擊。日軍陣腳亂了，損失不小。

到3月17日，第一階段戰(zhàn)斗結(jié)束，日軍退向莒縣方向。第五十九軍傷亡超過六千人，龐部也損失很大。

日軍不甘心，補(bǔ)充四千兵力后3月29日再次進(jìn)攻。龐部兵力已薄，節(jié)節(jié)抵抗。張自忠率主力從費(fèi)縣返回，再次參戰(zhàn)。雙方在臨沂外圍繼續(xù)交戰(zhàn)。

臺(tái)兒莊方向戰(zhàn)事緊，日軍從臨沂抽調(diào)主力南下，只留少量部隊(duì)對(duì)峙。中國軍隊(duì)反擊，把殘余日軍逼到易堂集一帶。4月19日左右，臨沂守軍有序撤出，戰(zhàn)斗歷時(shí)四十多天結(jié)束。

整個(gè)臨沂保衛(wèi)戰(zhàn)，中國軍隊(duì)傷亡一萬多人，其中第五十九軍軍官傷亡過半，第四十軍從一萬三千人打到撤離時(shí)只剩幾十人。

日軍第五師團(tuán)在2月中旬到4月中旬戰(zhàn)死一千四百多人，戰(zhàn)傷五千多人，大部分發(fā)生在臨沂方向。坂本支隊(duì)未能按計(jì)劃南下支援臺(tái)兒莊，這直接影響了日軍合圍計(jì)劃。

這場仗打得苦。龐部裝備差，兵力少，卻先期頂住了日軍進(jìn)攻。張自忠部趕到后，側(cè)翼出擊，改變了戰(zhàn)場態(tài)勢。兩人放下舊怨，配合行動(dòng)，是關(guān)鍵。

日軍第五師團(tuán)之前推進(jìn)順利，在臨沂受阻，暴露了其側(cè)翼弱點(diǎn)。臺(tái)兒莊大捷后來能打出來，臨沂的牽制起了重要作用。李宗仁和白崇禧后來都提到，這場阻擊減輕了徐州會(huì)戰(zhàn)壓力。

龐炳勛部撤離后，繼續(xù)在其他地方作戰(zhàn)。1943年他在一次作戰(zhàn)中陷入困境后投降日軍，成了偽軍。歷史記錄了他1938年在臨沂的抵抗，也記錄了后來的選擇。

張自忠此戰(zhàn)后名聲恢復(fù)，3月30日撤銷此前處分，10月升任第三十三集團(tuán)軍司令。1940年5月棗宜會(huì)戰(zhàn)中，他率部渡襄河，身中數(shù)彈拒絕撤退，壯烈犧牲，是抗戰(zhàn)中犧牲的最高級(jí)別將領(lǐng)之一。