散会后，张自忠立即赶回军部召集营以上军官作战前动员。

他说：&ldo;庞军自穆陵关战斗以来，与敌拼搏，累经消耗，现在只有一个完整的旅守城，其余各部战斗力均已很弱。

而敌板垣师团是日本陆军之精锐部队，自侵华以来，先后犯我察、绥两省，占领太原，仅在平型关战役中为郝梦龄军和第十八集团军消灭一部，基本未受大的打击。

现在该部部署在临沂城北至汤头一线，兵力近万人。

敌自恃武器精良，极为骄横。

不过，我军在喜峰口、北平、天津、淮北等地已先后与日军交战多次。

只要我们能充分发挥我军善于近战、夜战之长处，根据现有条件，集中使用轻重武器，就一定能够打败这个骄横不可一世的板垣，为中国军队争气，为中华民族争光，以尽到我们军人保国为民的天职，即使战死疆场，也虽死犹生！

&rdo;他要求各营营长回去马上加强部队整备，向全体官兵讲明情况，鼓舞士气。

此时在日军方面，第二军司令官西尾寿造命令第五师团迅速攻取临沂，然后向峄县进发，以配合在津浦线上作战的第十师团。

板垣正奉命加紧对临沂的进攻。

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面对这种局面，张自忠通知庞炳勋，第四十军从正面后撤，诱敌深入，使日军的右侧翼暴露在第五十九军面前。

然后，他在沂河西岸作了攻敌侧背的具体部署：

一、第三十八师（欠第一一四旅）为左翼，配属山炮一连、平射炮一连、高射炮2门，于14日拂晓前，以一旅展开于东喜沂庄南北之线，攻占白塔，阻止汤头之敌南进。

以一旅确占茶叶山附近之石家屯高地，对前后细腰、塔桥方面相机渡河佯攻，以牵制葛沟、汤头之敌。

二、第一八○师为右翼，配属野山炮各一连、平射炮一连、高射炮2门，即于14日拂晓前，展开于孙家庄、孟家村南北之线，以主力对徐家太平、沙岭攻击。

三、第一一四旅及特务团为总预备队，位置于小姜庄、官庄、南曲坊一带。

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另外，第四十军也以主力由沂河东岸与第五十九军相呼应，包围敌之主力歼灭之；在沂河西岸之一部则渡河侧击尤家庄附近之敌。

到13日晚，以上各部均已准备就绪。

14日凌晨2时，第五十九军以迅雷不及掩耳之势向敌发起了猛烈的攻击。

此前，敌只专攻第四十军庞炳勋部，似乎并未察觉第五十九军业已集结完毕，故此举为敌所始料不及，因而立刻陷入被前后夹击、首尾难顾的被动局面，这时，敌人方如梦初醒，遂放弃进攻临沂城，调转头来同第五十九军作战。

于是，双方在沂河两岸拉开架势，反复冲杀，战线曲伸，犬牙交错，形成了逐村、逐户的争夺拉锯战。

左翼第三十八师由船流、朱家棚庄强渡沂河后，即攻击张家庄、解家庄之敌，经数小时激战，方占领张、解二村。