第二百五十九節 裝甲部隊抵達
8月11日，徐祖詒和張自忠率第59軍從嶧縣急行軍，於12日到達臨沂城西地區，當日召開作戰會議。兩位軍長統一認識後，由徐祖詒以第五戰區司令長官的名義於13日下達了作戰命令。
第59軍以第38師附野炮第1營為左翼，於13日16時出發，先以1個營佔領茶葉山，掩護師主力在石家屯、劉家湖、釣魚台地區向東展開；第113旅、第112旅為第一攻擊部隊，進攻張家莊、白塔、沙嶺一帶敵人；第114旅為預備隊，隨師部位於劉家湖。第180師(欠第81旅)附山炮第1營為右翼，13日16時30分出發，至前安靜莊、大小妾莊地區向東展開；以第26旅擔任第一線攻擊部隊，進攻徐太平、亭子頭一帶的敵人；第39旅為預備隊，隨師部位於中安靜附近。軍部在進攻開始時位於朱潘村。
第40軍的第39師以第115旅與第59軍協同，向尤家莊之敵側擊，以第117旅向東、西旺一帶之敵進攻。
14日4時，第59軍各部強渡沂河，開始進攻，第39師在河西的部隊亦同時向當面之敵進攻。第39師右翼第117旅進展順利，擊退當面之敵後進至東西旺莊、東西沙莊一線；左翼第115旅戰鬥終日，沒有進展。第180師經激戰後，於16時攻佔亭子頭，日軍向南撤退。第180師跟蹤追擊，至15日，先後攻佔徐太平、郭太平、大太平等六七個村莊。第38師進攻沙嶺，遇到敵人的堅強抗擊，激戰兩晝夜，仍無進展。16日拂曉前，日軍增援兵力到達，轉為反擊，由沙嶺從兩個旅的結合部渡過沂河，向第38師後方崖頭、劉家湖、苗家莊、釣魚台之線猛攻，並以飛機十餘架轟炸，當時南京范哈兒增援空軍救援不急，致使地面**多有損失，與第38師預備隊第111旅激戰於崖頭、苗家莊地區，並攻佔了船流、劉家湖。
張自忠根據當時的戰況迅速採取措施，調整部署，命令第38師以有力的1個團加強茶葉山的防守，作為軍的主要支撐點；令軍部騎兵營由石家屯東渡沂河，向葛溝、湯頭間出擊，襲擾敵之後方；令進至河東的部隊全部撤回河西，阻擊渡至河西的敵人。雙方在劉家湖一帶展開激烈的肉搏爭奪戰，最終劉家湖失而復得者四次，崖頭失而復得三次。茶葉山一度被敵佔領，旋即奪回。至17日上午，第59軍已傷亡6000餘人，第一線作戰部隊的營長傷亡三分之一，連、排長已全部易人。
其實第59軍在臨沂戰鬥中，19日前已傷亡6000人以上。因其不屬中央嫡系軍隊，為求援軍，在會戰中多誇大傷亡人數；當戰鬥結束後，又恐因部隊減員太多被中央裁撤或縮編，所以又往往少報傷亡人數。8月19日14時張自忠向第五戰區上報全軍傷亡人數為3474人。據參加臨沂戰鬥的第59軍第3師第113旅參謀長劉景岳、第38師第112旅副旅長於麟章回憶，第59軍兩次臨沂作戰共傷亡1萬人以上。至8月底，第38師由戰前的1.5萬人減至3000多人。張自忠將該師集中編為1個旅，由軍直接指揮，多餘人員由黃維綱師長集中到後方整補。第180師尚有6000餘人，暫維持原狀。
但該部隊仍堅守陣地，頑強戰鬥。此時日軍因傷亡甚眾，亦已無力發動強攻。張自忠掌握戰機，集中全力組織反擊，於當日黃昏後，利用敵人得不到飛機支援而又不慣夜戰的有利條件，向河西之敵發動進攻。激戰竟夜，以逐屋爭奪的肉搏戰將渡至河西的日軍擊殲近半。在日軍遺棄的屍體中發現有第11聯隊聯隊長長野佐一郎大佐、第3大隊大隊長牟田中佐及第9中隊中隊長等多名軍官。又據在劉家湖所俘一等兵玉利陸夫說，這次沂河兩岸戰鬥，第5師團坂本支隊傷亡約3000餘人。日軍大部退向莒縣，一部退至湯頭。張自忠令第38師的第114旅向湯頭方向追擊，停止於湯頭以南李家五湖一線。其餘部隊除一部沿沂河西岸、茶葉山一帶警戒外，全部集結到劉家湖一帶休整。沂河以東日軍在其主力北撤後，亦向傅家池、草坡一帶撤退，第39師進至書家莊(樹沂莊)一線。
李宗仁根據龐炳勛18日24時所報關於臨沂方面日軍損失情況，報告稱日軍傷五千餘，亡三千餘，判斷日軍暫時無力組織大規模的進攻，而19日嶧縣失守，津浦路正面形勢緊張，於是
