將全部炮彈傾向敵陣

在第一階段的戰(zhàn)斗中，日軍從湯頭連續(xù)四次派兵增援，均被負責阻擊的第59軍部隊擊潰。僅僅一夜的戰(zhàn)斗，228團原有2000多人，損失了一半以上；防守茶葉山的225團七連全部陣亡；在茶葉山以南，防守崖頭陣地的兩個連僅剩官兵數(shù)十人；224團也傷亡近半。此戰(zhàn)，張自忠部傷亡高達6000余人，兩個師的連長和排長幾乎全部易人，營長也傷亡過半，但該部隊仍堅守陣地，頑強戰(zhàn)斗。

參謀長徐祖詒鑒于第59軍傷亡過重，建議張自忠撤出戰(zhàn)斗，轉(zhuǎn)往郯城休整。但張自忠在觀察分析戰(zhàn)況后，認為板垣第五師團也已堅持到極限，因此堅決要求再打一天一夜，給板垣師團最后的致命一擊。眾將領(lǐng)非常贊同軍長的意見，紛紛求戰(zhàn)。

對此，李宗仁大喜，馬上同意張自忠的請求。張自忠當即下達命令:除李文田副軍長留軍部主持工作外，其余各級部隊主官一律到前線督戰(zhàn)指揮；軍總預(yù)備隊114旅投入戰(zhàn)斗；全軍所有山炮、野炮和重迫擊炮全部推進至第一線，帶上所有炮彈，在黃昏前，將全部炮彈傾向敵陣；攻擊重點為茶葉山、劉家湖、小苗家莊。激戰(zhàn)一晝夜后，攻占了日軍的前沿一線。

3月18日，張、龐兩軍從東、南、西三面夾擊，聚殲湯頭、三疃、傅家池、草坡附近多處日軍。經(jīng)過三天血戰(zhàn)，李家五湖、輦沂莊、車莊、前湖崖等陣地先后被中國軍隊收復(fù)。日軍板垣第五師團完全被擊潰，在中國軍隊強大猛烈的攻擊下，無法支撐，大部向莒縣突圍竄逃，一部退至湯頭。

張自忠令38師114旅向湯頭方向追擊，停止于湯頭以南李家五湖一線；其余部隊除一部沿沂河西岸茶葉山一帶警戒外，全部集結(jié)到劉家湖一帶休整。中國軍隊共斃敵3000余人，坂本支隊第十一聯(lián)隊聯(lián)隊長長野大佐、年田中佐和一名大隊長被中國軍隊擊斃，給日軍王牌部隊以沉重打擊。

此役，張自忠離不開龐炳勛的鼎力支持。龐軍向北猛進，兩方前后夾攻。尤其是龐軍的第四連連長郭清順于3月15日進攻傅家屯時，腹部被好幾顆子彈擊中，部下勸他回后方，他卻說:“我這傷決計是醫(yī)不好了，我愿意在我未死之前，親眼看見我的兄弟們占領(lǐng)傅家屯。那我在九泉之下，死也瞑目了?！边@一連士兵，便在他們的長官未斷氣之前，一鼓作氣占領(lǐng)了傅家屯。

張自忠和龐炳勛的第二次全線反攻為臨沂保衛(wèi)戰(zhàn)贏得了寶貴的時間和空間，也為臺兒莊大戰(zhàn)提供了可靠的戰(zhàn)略保障。在臨沂反攻大捷的3月18日當晚，為防止津浦鐵路正面之敵攻陷滕縣南下，以便在關(guān)鍵時刻能夠策應(yīng)臺兒莊正面區(qū)域的防御作戰(zhàn)，李宗仁命令張自忠軍隊轉(zhuǎn)移至日軍磯谷第十師團側(cè)后翼的費縣。

此時的板垣征四郎，獲知張自忠部離開臨沂，心中竊喜。遂火速從鐵路增兵，集結(jié)第五師團的所有后援，于3月23日，再次包圍進攻臨沂。

龐炳勛部不支，因連日激戰(zhàn)，將士十分疲憊，“傷亡甚重，現(xiàn)剩有戰(zhàn)斗兵計115旅全旅五六百人；116旅八百余人，補充團亦七百”，“軍師部即一連之預(yù)備隊亦無”。