日军由于武器装备好，战斗力明显要强于中国军队。日军第五师团是日军的精锐之一，被称为“钢军”，无坚不摧。然而这支“钢军”却被我国一支杂牌军打败，被歼六千人后主动撤退。这就是临沂保卫战。

第五师团是日本编组最早的7个师团之一，曾创下在中国战场和70余个师先后对阵的纪录，有“钢军”之称，后来改编为日军4个机械化师团之一，师团长是板垣征四郎中将，又被称为“板垣师团”。

1938年2月，坂垣师团主力坂本支队及伪军刘桂堂部2万多人，自胶济线南犯诸城、沂水、莒县，直扑临沂。第五战区长官司令李宗仁电令驻守东海、连云港一带的第三军团庞炳勋部，火速赶到临沂坚守。

临沂系鲁南重镇，是各公路的交叉点，临沂的战略位置关系到陇海、津浦两路的安危，也是徐州的一个重要屏障。日军以坂垣师团猛攻临沂，正是为了策应矶谷师团进攻台儿庄。

庞炳勋所率的第三军团在国民党军队编制中属乙种编制，该部名义上为军团，但实际上仅有四十军1个军，而四十军也仅有1个师即第三十九师，共5个团，13000余人，属于杂牌军“滇军”。

庞炳勋在战前数次动员将士誓死与临沂城共存亡，3月中旬，日军第5师团开始向临沂发起猛烈进攻，而庞炳勋所率的滇军官兵虽然武器装备远远不如日军，但他们却用血肉之躯在临沂城外与日军展开激战。

日军在坦克、大炮的掩护下，发起一波又一波攻势，每一次都被滇军拼死击退。两天后，“滇军”已经伤亡60%以上，如果再无援军前来救援，那么第三军团将全军覆没。正当庞炳勋做好战死的准备时，第五战区派来了援军，张自忠率领的西北军第59军赶到了临沂。

张自忠率部在沂河西岸向日军发起猛烈进攻，看到友军将日军主力拦腰斩断后，庞炳勋命令驻守临沂的滇军将士全线反击，板垣征四郎万万没有想到这两支杂牌军竟然敢对拥有重火力的日军发起正面反击，不得不命令日军全线撤退。此战，中国军队付出了惨重的代价，但也创造了歼敌6000余人的光辉战绩，为台儿庄战役的胜利奠定了基础。