1938年初，台儿庄大战打响。日军以第5、第10两个师团东西夹击，妄图夺取徐州。在西面，日军第10师团进展迅速，很快攻到了台儿庄前线。在东面，日军第5师团向临沂攻击前进，很快占领了莒县。
攻占莒县后，师团长板垣征四郎将第9旅团1联队和第21旅团2联队第2大队、野炮兵第 5联队和片野支队约8千余人编组为坂本支队，由第 21旅团长坂本顺少将指挥进逼临沂，企图与第10师团在台儿庄会师。
临沂乃鲁南重镇，距离台儿庄90公里，为徐州东北门户。若日军攻下临沂，则徐州不保。第五战区司令长官李宗仁紧急调派第3军团赶往临沂阻击坂本支队，第3军团是西北军中的一支劲旅，军团长庞炳勋。全军团下辖40军军部和39师，总兵力有5个团13000余人，装备还算精良。
为了确保万无一失，李宗仁又调第59军连夜赶往临沂，与第3军团一起阻击日军。59军同样出自西北军，由原来的第38师扩编而来，军长是名将张自忠。第59军有两个师，第38师和180师，全部是清一色的捷克式装备，实力远在第3军团之上。
临沂保卫战中的中国军队
3月9日，日军集结第11、12联队在飞机大炮和装甲车的掩护下，开始向守军阵地发起全面进攻。日军强行突破了第3军团39师阻击阵地，汤头以南的白塔、沙岭、太平、亭子头等数处阵地相继沦陷。第39师各部被迫退守到临沂近郊。
3月12日，张自忠率领第59军第38师抵达临沂以北的诸葛城地区。13日下午16点，第38师占领了茶叶山阵地，师主力在刘家湖、钓鱼台一带展开，第112旅、113旅为一线主攻部队，114旅为预备队。另外一支180师在安静庄、大小妾庄地 区向东展开，以26旅为一线攻击部队，第39旅为预备队。
临沂保卫战地图
3月14日凌晨4点钟，第59军各部强渡沂河，发起攻击。第38师师长黄维纲以113旅为左路左路，以112旅为右路进攻日军沙岭主阵地，114旅为预备队。激战两个昼夜，并未取得进展。
16日凌晨，日军第11联队得到增援后，开始转守为攻。日军联队长长野一郎大佐亲自指挥日军冲入38师后的刘家湖、崖头一带。黄维纲立刻命令114旅董升堂部投入战斗，日军第11联队第3大队终于被挡在崖头、苗家庄地区无法前进。
临沂保卫战参战的中国军队
在第3军团方面，第39师在师长马法武的指挥下，第116旅进展顺利，击退了当面的日军后进占了东、西旺庄一线。而左翼的115旅与日军激战整日，却无任何有效进展。
此时，日军第11联队已经冲入第59军38师的防区，虽然第114旅挡住了日军一个大队。但日军大部队源源不断涌来，正面迎敌的114旅第228团第2营损失惨重，营长冉德明壮烈牺牲。
临沂阻击战中的日军部队
在茶叶山、刘家湖、崖头三地，第59军与日军第11、第12联队进行了惨烈厮杀， 刘家湖4次易手，茶叶山3次被日军占领又被夺回，崖头也是3次被占领，3次被夺回。激战到17日上午，第59 军伤亡达6千多人，一线作战部队的营长伤亡三分之一，连、排长全部换成了新人。
第五战区司令部于是下令让59军暂时撤下休整，张自忠闻言要求再打一天，张的请求得到了准许。3月17日，59军向日军展开激烈反击，与日军进行逐屋争夺。
激战一天一夜后，日军渡河的第11联队第3大队被歼灭。59军完成了反击任务，但是自身伤亡4000多人，日军伤亡2000多人，日军第11联队联队长长野一郎、第3大队队长牟田被击毙。
3月21日，日军又发起了攻势。第3军团未得到补充，节节败退。22日撤退到桃园、蒋家山一线。李宗仁见第3 军团难以抵挡日军，于是又将59军调回，一起抵抗坂本支队。
3月25日，独力抵抗日军坂本支队的第3军团又失守了桃园、三官庙阵地，被迫退到九曲店一线。当日晚上20点，59军38师赶到对占领桃园的日军发动夜袭，收回了桃园阵地。
临沂阻击战中的日军
3月26日凌晨，日军数千人攻击桃园阵地。第38师不敌，于黄昏时分被迫撤出阵地。桃园再次失守，同时古城一带的180师也被迫撤出阵地，临沂形势再度告急。
军长庞炳勋再次向李宗仁告急，此时台儿庄大战正酣，无暇顾及临沂。最后无法只得抽调第111师第333旅和向城的第13军骑兵团赶去临沂增援。27日，日军坂本支队突破59军的各处阵地。次日，日军又增兵1000余人，战斗更加激烈，59军所部伤亡2000余人，无法抵挡日军进攻。
台儿庄大战中的鬼子
29日上午7点钟，奉命增援的第333旅在旅长王肇治的率领下赶到了临沂城东。当天下午一点钟，第13军骑兵团在团长李之山的率领下赶到了临沂城西。但是这点兵力要解59军之困，简直就是杯水车薪。就在战斗进入最危险的时刻，日军却突然撤退了。
日军为何突然撤退呢？原来是日军濑谷支队在台儿庄遭到围攻，坂本抽出6个大队的主力前去攻打向城，只留下2个大队牵制临沂守军。坂本支队主力抽出，向城地区中国守军的压力增大。
李宗仁下令第59军迅速拦截坂本支队主力，阻止日军往向城方向移动。但坂本留下的这2个大队战斗力极强，由日军师团长板垣征四郎亲自指挥，这2个大队竟然牵制了59军各部难以南下。张自忠只得派第13军的骑兵团赶往向城阻击坂本支队主力。
台儿庄大战
但骑兵团赶到向城时，向城已经被坂本支队主力占领。这一结果导致了在台儿庄被围的日军主力得以逃窜，避免了被全歼的命运，使得战局发生了巨变。但日军最终还是被击败，坂本、濑谷两个支队败退峄县。
4月16日，日军国崎支队和坂本2个支队对临沂发起猛攻。战斗到19日，临沂外围阵地被日军占领。经过一天一夜的巷战之后，临沂最终失守。第3军团和59军撤往临沂城南的九曲店一线集结。由此，临沂阻击战宣告结束。
被日军轰炸的临沂大门
临沂阻击战，第3军团13000人，伤亡了3000多人。第59军伤亡6000多人，其中第38师剩下3000人，被缩编为一个旅，仅有180师剩下6000人，依旧保持原有建制。日军伤亡5000余人，其中张自忠部歼敌3000余人。
临沂阻击战，是台儿庄大战的一个重要部分，第3军团和59军阻击日军坂本支队，将日军主力死死钉在临沂难以动弹，为台儿庄大战的胜利起到了至关重要的作用。
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