臨沂保衛戰是台兒莊大戰的序幕戰。日軍在1937年12月南占南京、北占濟南之後,妄圖使南北兵力在徐州會合,爾後沿隴海鐵路西進,直撲平漢鐵路,消滅鄭州、武漢間中國軍隊,一舉攻佔武漢,迫使中國政府屈服。

　　1938年2月,日本最精銳的部隊之一阪垣第五師團主力阪本支隊及偽軍劉桂堂部約兩萬人,自膠濟線南犯諸城、沂水、莒縣,直撲臨沂。臨沂系魯南重鎮,是各公路的交叉點。臨沂的戰略位置關係到隴海、津浦兩路的安危,也是徐州的一個重要屏障。日軍以阪垣師團猛攻臨沂,正是為了策應日軍磯谷師團進攻台兒莊。

　　第五戰區司令長官李宗仁調駐紮在海州的第三軍團龐炳勳部,抵達臨沂阻擊日軍。龐炳勳部奉調抵達臨沂後,派人勘察地形,召開營長以上軍官會議,研究敵情及攻守方略,抓緊時間構築主陣地。3月3日,日軍在大炮、戰車的掩護下,向龐炳勳陣地發動進攻。中國守軍奮力抵抗,一上午擊潰日軍四次衝鋒,擊斃日軍七八百人,殲滅偽軍劉桂棠大部。3月11日,日軍飛機輪番對中國軍隊陣地進行轟炸,排炮晝夜不停地轟擊,中國陣地工事大部分被摧毀,守軍也有不少傷亡。3月14日凌晨3時,張自忠部從左翼強渡沂河,佔領部分東岸,突然對敵人發動攻擊。日軍措手不及,倉促應戰,結果被張自忠部打得丟盔卸甲,大敗而逃,死傷2000餘人。日軍也迭次增加兵力,戰鬥十分慘烈,茶葉山幾易其主。茶葉山血戰,經過八天的爭奪,終於將日軍擊潰。

　　這次戰鬥中,第五十九軍以沉重的代價,擊斃日軍第十一聯隊長野裕一郎大佐、牟田九次郎中佐及以下數千人。據日軍俘虜利陸夫供稱:「自作戰以來,全師團傷5000餘人,亡3000餘人……本大隊傷亡已盡,彈藥經常接濟不上。」

　　3月18日,臨沂保衛戰告一段落,龐炳勳、張自忠兩部協同作戰,保住了臨沂城。