由于李宗仁将山东胶东半岛视为战略死地，因而调走了驻守的鲁军主力部队，只留下青岛守备司令沈鸿烈带着500名海军陆战队员象征性驻守。可日军具有强大的海军，可以在山东半岛各个地点登陆上岸。日军主力部队第5师团（坂垣师团）轻易从海上登陆，一路向西朝着徐州杀来，和正面南下的第10师团形成了钳形夹击态势。第5师团（坂垣师团）快速在青岛登陆后，随即沿潍台（潍坊台儿庄）公路向徐州东北的台儿庄方向推进。
潍台公路上徐州东北约150公里的临沂是日军的必经之路，受命驻扎此地防御的是西北军老将庞炳勋部。在淞沪会战后，庞部被李宗仁要到了第五战区，临沂是其防区。庞炳勋是位老将，年逾花甲，治军颇严，西北军汉子很有战斗力。杨大龙接手北线指挥后，临时划拨了一批武器装备给他，并同意他可以就地扩编。要知道庞炳勋40军虽然号称一个军，实际上只有5个步兵团一个师的实力，如何让人放心？为此，一边答应他扩充部队，一边派出秦二愣保安军第一军进驻临沂西面的苍山县就近支援，同时，调集预定北上增援滕县、协同川军反攻邹县的张自忠军五十九军也向临沂方向运动。原因就是李义电报告知的日军第五师团乃是进攻的重点，加强这两支西北军的部队，第一军应该可以重创敌第五师团。
所以杨大龙着急上火的命令调集大量的轻重机关枪和反坦克手榴弹，82mm、60mm迫击炮，37mm战防炮等武器送过去。难过的是好多武器西北军拿到居然不会使用，保安军还得派出一队队指导小组去当老师。
3月10日，坂垣师团向着临沂突进。首先接战的乃是从徐州起飞的****空军24大队。现在由于保安军的大批组装飞机被调集，国民政府空军也组建起了30个空军大队，六百余架各式战机。除了几十架苏制的伊15双翼机（绰号黄莺）和伊16单翼机（绰号燕子）外，几乎全是福建产的类似歼2的战机（绰号黑头老雕）。这种战机由于其发动机是福建自行研制升级换代的，功率略小于歼2，其余几乎完全一样。虽说比不上歼2，但对付日军的川崎战斗机、三菱战斗机还是不落下风的。此次徐州会战，蒋介石调集了两个大队48架飞机进驻徐州空中支援。此刻临沂上空正是空战犹酣。12架战机对阵日军20架飞机，居然是压着一边倒的态势。原因就是日军仅有6架战机护航，其余14架全是轰炸机。黑头老雕机型小，速度快，转弯半径小，对付笨拙的轰炸机几乎就是绕着戏弄。格斗半个多小时，击落日军飞机11架（轰9战2），自己损伤战机5架。
庞炳勋部接受保安军的经验传授，在临沂大修野战工事，特别是防炮、防空的躲避所，前后阵地的立体式战壕挖掘，很大一个规模。西北军汉子很能吃苦，几个白天黑夜的作业就构筑得有模有样了。
日军依旧是老三样打法，集中大炮猛轰，步兵突进，奇兵迂回。整整一个多小时的炮击，将庞炳勋部的阵地一片火海。炮声隆隆震耳欲聋，弹片横飞，尖啸肆掠。西北军战士堵紧了耳朵，张大嘴巴蜷缩在防炮洞里。此时才知道人家保安军所言不虚，等炮击停息，怕是得好好再将工事休整一番，这关键时候可是保命的啊！
炮击停息，日军发起攻击。大批的鬼子集结待发，密密麻麻的一片屎黄。
“啾，啾，啾”天空飞来一片密密麻麻的迫击炮弹。不求准头，反正是密集的大范围打击，无需高技术。顿时烈焰翻飞，硝烟弥漫。82mm的炮击炮弹威力也不小，但主要是可以快速发射，一袋烟的功夫齐齐五发齐射，将日军出击阵地砸了个稀巴乱。硬生生将鬼子的进攻扼杀在摇篮里了。
指挥进攻的日军第五师团第21联队联队长粟饭原秀大佐那个气愤啊！这不是说死伤了几百个士兵，被打了一闷棍那么简单。这是一个相当不好的兆头！说明炮击根本就没有取得预期的效果！起码没有伤及支那军队的炮兵。炮兵们现在是水平越来越低了！粟饭大佐心底暗骂了一句，依旧迅速组织起了第一次进攻。
果然不出内心的担忧，出击的部队一路靠近支那军阵地时，敌军突然冒出了数百条火舌，将阵前皇军勇士一排排扫到。八嘎呀路！这么多机关枪？支那军有多少部队？粟饭大佐心底突突的跳着，就这么眼看着自己的一个中队在几分钟内悉数魂归东瀛！
“杀给给！炮击！”抑制不住心底的暴怒，粟饭大佐顾不得阵前尚在哀嚎的鬼子伤兵，大声下令！隆隆的炮击再次响起。
又是整整一个多小时的炮击，一直打到炮管炽热烫手才停止。十余辆97式坦克车领着一个大队的鬼子再次涌向40军阵地。这次阵地上一直沉寂到日军坦克进抵战壕才开始反击。几十个反坦克手榴弹炸毁了日军的坦克，两军短兵相接，子弹纷飞如雨。涌到战壕边的鬼子这次遇到了新的战法，机枪快速对射之间，他们看到了寒光耀眼的大刀片。刀光闪闪，杀声如雷。西北军汉子愣是将鬼子兵砍出了战壕，还抓住机会尾追着打了一个反击！
如此几次，一直战斗到了天黑，日军也没能攻占一个阵地。40军远了就机动炮击，几个齐射就闪人；近了就大刀片伺候；不远不近机枪弹飞如雨，倒下的鬼子兵浑身血洞如筛子！
40军顽强地坚守阵地，一连两天顶住了坂垣师团的进攻，予敌大量杀伤。丑陋的鬼子开始玩阴的，趁着风向使用了毒气弹。使得40军一线官兵大批中毒，没奈何撤离第一线，转入城垣防御。日军面对临沂城，依旧是缺乏攻坚的手段，战况胶着！
号称“钢军”的最优秀的‘皇军’竟受挫于一不见经传的‘杂牌’部队，这不仅让李宗仁喜出望外，也让数十个当时随军在徐州一带观战的中外记者与友邦武官大跌眼镜：到底是老西北军，人都说秦兵耐苦战，此言不虚啊！40军威武！庞瘸子好样的！
