李宗仁送走了蒋介石，静下来细心地考虑。他觉得有很多人说庞炳勋的不是，这绝对不会是凭空捏造出来的。再说，蒋介石为了守临沂的事，特地从武汉飞到徐州，也不会是瞎cào心。想到这些，他越来越觉得不放心。于是，他拿起电话筒，接通了庞炳勋的电话，了解临沂的敌情。庞在电话中告诉他，敌人的先头部队已到达蒙yīn，估计两三天后要与在沂水、诸城、莒县的沈鸿烈部交战，不久就会bī近临沂。庞炳勋还说他对临沂保卫战充满信心。
听了庞炳勋一番话，李宗仁也就放心了。
庞炳勋部虽然名义上称军团，那只是个空架子，这是个小军团，只有第四十军一个军，第四十军也只有第三十九师一个师，第三十九师也只有第一一五旅、第一一六旅两个旅，加上炮、工、辎、通各营及军属通讯营、骑兵连、手枪连，合计不过1万余人。因此，庞炳勋也只有两个旅的兵力而已。但他的防线却从黄海边的日照至津浦路的滕县，大约800里宽。这么宽的防线，两个旅的兵力是不够的。所以，庞炳勋当时的部署只是守重点，把兵力集中在临沂附近，先头部队布防在临沂以北的青驼寺、葛沟一线。
2月24日，日军2000余人进攻临沂东北的沂水、诸城、莒县，沈鸿烈的海军陆战队及五战区的第一游击司令刘震东部与敌交战两小时，伤亡大半。沈鸿烈向庞炳勋告急，要求增援。庞炳勋考虑到莒县与临沂近在咫尺，chún亡齿han，便命令第一一五旅出击莒县。
第一一五旅开赴莒县时，沈鸿烈部已被日军打得七零八落，几乎被全歼。日军占领了莒县城，疯狂地向第一一五旅攻击。旅长朱家麟以一个迫击炮连率先攻击，打得日军晕头转向，四处逃散。朱家麟乘胜命令两个团步兵冲锋，一下子就将日军推出城外。半夜，日军以为中国军队熟睡，从南门偷袭莒县城。岂不知朱家麟早就预料到日军会来这一手，要求部队一半人休息，一半人隐蔽在街道两侧。半夜，朱家麟接到敌人偷袭的报告，叫醒了休息的部队，命令他们与隐蔽部队同时伏击敌人。日军一进入伏击圈，只听一声喊打，12挺机枪率先开火，日军如被砍倒的高粱，一排排倒地。这一仗歼灭日军300多人，缴获各种枪支300多枝。
初战告捷，振奋人心，当李宗仁接到战报后，大喜过望。当即打电话给庞炳勋，表示祝贺。
3月6日，庞炳勋得知日军由蒙yīn公路南下至垛庄，便派出补充团，向垛庄出击。补充团连夜赶至垛庄，团长李振清看好地形，指挥两门山炮对准南门敌人据点猛轰，将南门打开一个大缺口，敌人惊慌逃跑。李团长指挥部队穷追不舍。这时，300余名日军乘坐六部汽车，在两辆坦克的掩护下向垛庄增援。李团长命令第一营埋伏在北大石桥附近，当敌汽车驶至桥头时，遭第一营火力袭击。炸毁敌汽车三辆，缴获一辆，毙伤敌130人。
3月3日，庞炳勋接到情报，说坂垣指挥5000名日军，将要占领临沂前头的汤头，为向临沂进攻作准备。庞炳勋便命令第一一六旅在汤头构筑工事，抵抗敌人的来犯。
拂晓前，第一一六旅丁旅长带着第二三二团，冒雨赶到汤头，把二营摆在汤头与葛沟之间的山洼里，自己则带着一营到汤头北边的小山上埋伏。小山高约百余米，山顶较宽大，像个帽子，上面长满了萋萋野草，正好用于隐蔽。他让一营营长把12挺机枪集中在山顶的右侧，对准了山下公路拐弯处，其余部队隐蔽在小山后面。
一切布置完毕，天亮了，雨也停了。丁旅长从望远镜中看见远处隐约有敌兵在集中上汽车。很快又隐约看见汽车向前移动。他发出命令，令部队准备战斗。官兵们一个个圆睁着双眼，伏在阵地上，机枪手也压好了子弹。步枪手里的枪和刺刀在晨光下闪着han光。
敌人的汽车开到了公路的拐弯处，他们连鬼子说话的声音也隐约可听到了，丁旅长挥臂高喊一声:“弟兄们，打！”
顿时，机枪子弹像疾风般猛扫过去。他们对准了目标，前面的几辆汽车顿时瘫在原地，冒着黑烟和火光，公路被堵塞了。隐蔽在山后及山洼的伏兵，加上山顶上的官兵们，如三把利剑一样，劈向敌人。鬼子见奋勇追杀过来的中国官兵，一片慌乱，四处逃窜，被打死打伤的满地横躺竖卧。不一会儿，敌人的飞机和坦克开始增援