板垣征四郎万万没有想到，张自忠的59军竟然一昼夜强行军180里，赶到了沂水岸边。此时，庞炳勋被压在城内一角，拼死抵抗。

而临沂战役前夕，板垣征四郎反复计算了59军和临沂之间的距离，认为59军想要赶到临沂增援，最少也要三天。

而在这三天里，板垣征四郎完全能够吃掉庞炳勋的第三军团，然后再转身对付远道而来的张自忠。

庞炳勋迎接杀进城内的张自忠，握着他的手，感慨万千地说：“老弟啊，过去我对你多有冒犯，没想到你竟然会前来解救我。如果你再晚一步，也许我就要准备见阎王了。”

当时，庞炳勋已经年事已高，而张自忠将军年仅46岁。张自忠表示：“庞兄放心，过去的事我们不要再提，我会全力以赴替你打赢这场战斗。”

从那一刻起，庞炳勋和张自忠成为了生死之交。

59军的临沂战役历时五天，从1938年3月14日将士们夜渡沂水，用手榴弹和刺刀向日军发起猛攻开始，一直持续到五天后的3月19日，当天张自忠下令总攻，59军的所有士兵高呼口号，冲向敌阵。

战斗一直持续到深夜，最终板垣征四郎被吓倒，下令放火作为撤退信号，日军全面撤退。

老兵们回忆说：“五天五夜，我们几乎没合眼，实在太累了，就抱着枪蹲下来小睡一下，鬼子来了，我们迅速起身，压制住了他们。”

在这五天内，日军白天进攻，依赖飞机、大炮和坦克占领了59军的阵地，但每当夜晚来临，59军就会夜袭，用手榴弹和刺刀将日军赶走。城中的庞炳勋军团也加入了反击，日军最终只好狼狈撤退。

老兵们说，当日军撤退时，卡车上装载了大约120辆载满尸体的卡车。还有900多具尸体因来不及搬走，日军只能砍下尸体的右手，然后扔到卡车上。

这场临沂战役对日军来说是伤亡惨重的，他们的伤亡超过4000人，而59军伤亡达到了9210人，其中包括4482名士兵和199名军官。

在这场战斗中，最引人注目的是刘家湖之役，59军全歼了日军第3大队的一千余人。

然而59军也付出了巨大的代价，有成建制部队全体阵亡的，包括26旅678团的2个营，113旅226团的第6和第10连，以及114旅227团的第12连，225团的第7连。

张自忠看着曾与之生死与共的战友在战场上牺牲，心情沉重地说：“兄弟们走了，我心里实在是痛啊。”

临沂战役结束后，有些连队只剩下七八名士兵，比如湖北随县的阮明刚就直接升为机枪手，而有些连队只剩下十几名士兵，比如四川的李长维就升为副排长。

此战，张自忠是抱着必死的决心来到临沂的。

在临沂之役前夕，他曾致电西北军旧将鹿钟麟：“战而死，虽死犹生；不战而生，虽生亦死。”

以后在每次战役中，张自忠都把它当成自己参加的最后一次战役。

临沂之役震动全国，而取得临沂大捷的，竟然是当初万民口诛笔伐欲置其于死地的张自忠，当时的人们无不侧然，怅然，戚戚然。

张自忠将军一战成名，洗刷了自己身上的汉奸罪名，抹去了泼在自己身上的积年脏水。

此战之后，再无人说张自忠是汉奸。

此战之后，张自忠升为27军团军团长，兼59军军长；半年后，又升为33集团军总司令。