臨沂戰役爆發于徐州會戰時期，主戰場雖然位於臨沂地區，但這一戰的勝利卻是臺兒莊大捷至關重要的前提之一。
臨沂戰役時期，國軍部隊上場的主要將領有兩位，最先出戰的是已經年近花甲的老將龐炳勳，另一個則是後來舉世聞名的悍將張自忠。
1938年初，華北日軍板垣師團和磯谷師團兵分兩路，分別從臨沂和臺兒莊方向襲取徐州，時任國軍第五戰區司令長官的李宗仁下令，讓龐炳勳駐守臨沂，抵擋板垣師團。
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但是板垣師團是日軍中的明星主力，而龐炳勳麾下則只有四個團的雜牌軍，縱容龐炳勳所部浴血奮戰，也只能暫緩日軍的推進速度，而且付出了極大的代價。
龐炳勳無奈之下只得向李宗仁求援，李宗仁為了保住臨沂，當即下令從剛剛結束戰鬥的淮河戰場上抽調張自忠的第五十九軍馳援臨沂。
張自忠此前因為盧溝橋事變時，主張十九路軍以和平談判解決與日本人的爭端，而且受到了漢奸潘毓桂等人矇蔽而導致天津、北平相繼淪陷，以致於受盡千夫所指。
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徐州會戰是張自忠為自己正名的第一戰，因此張自忠在徐州會戰時表現得極為悍勇，淮河一戰成功替東北軍擋住了日軍荻洲師團。
張自忠接到支援臨沂的命令後，知道臨沂情況危急，當即下令各部急行軍，一晝夜行進一百八十里，猶如神兵天降一般，令臨沂守軍士氣大振。
抵達臨沂後，張自忠拒絕了據城固守的建議，反而主動提出要出城突襲日軍，以日軍常用的迂迴包抄戰術，繞到日軍背後進行襲擊。
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張自忠的計劃得到了第五戰區參謀長徐祖貽的支持，張自忠下令由黃維綱、劉振三二將率部從渡過沂河，包抄日軍後路。
起初張自忠的計劃十分順利，但是板垣徵四郎也不是易於之輩，很快便意識到了張自忠的目的，隨即調集重兵堵截張自忠所部，黃維綱部很快便迫撤回。
張自忠得知黃維綱不進反退，勃然大怒下令將先鋒旅長撤職，同時派出麾下頭號猛將董升堂帶著預備隊前往支援。
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董升堂是張自忠一手帶出的心腹，盧溝橋事變時曾率部參加過北平的南苑血戰，在趙登禹、佟麟閣相繼戰死的情況下，成功帶麾下部隊成功突圍。
董升堂常年跟隨張自忠，在作戰戰術和張自忠也有著相似之處，他趕赴前線後直接拒絕了固守的建議，反而要主動出擊，趁日軍剛剛渡河不久，就地予以殲滅。
黃維綱被董升堂的戰術嚇了一跳，不敢擅自作出決定，於是發電報請示張自忠，沒想到張自忠大喜，很快便回覆支持董升堂出擊。
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董升堂和日軍在劉家湖村附近血戰三天三夜，雙方各佔據村子的一半，隔著一方不大的水池相互射擊，僅一天時間，雙方戰死者就達到百人。
坐鎮臨沂的徐祖貽見張自忠部傷亡慘重，於是建議讓張自忠的五十九軍後撤休整，沒想到卻被張自忠斷然拒絕，稱戰局已經到了最後的五分鐘，雙方比拼的正是忍耐力。
1938年3月16日，張自忠下令五十九軍集中所有炮火轟擊日軍陣地，當晚發起大規模夜襲，日軍部隊尚未作出任何反應便丟失了河岸附近的主陣地。
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隨後張自忠親自率領後備部隊渡河，與前線主力合兵一處繼續進攻，而此舉也令五十九軍的士氣高昂到了一個令人難以置信的地步，前線士兵即便受傷也不願撤出陣地。
在五十九軍近乎瘋狂的猛攻下，板垣師團終於支撐不住，開始緩緩後撤，而此時在臨沂城內的龐炳勳則趁機率部掩殺，臨沂戰役國軍大獲全勝。
臨沂大捷雖然取得的戰果比不上不久之後的臺兒莊大捷，但其意義去毫不遜色，而張自忠也因此一雪前恥，這令無數人因此前對他的誤解而羞愧難當。
參考資料：《李宗仁回憶錄》、《抗日戰爭回憶錄》等
