4月16日，鬼子开始转守为攻，向临沂再次发起了进攻，之前已经损失惨重的第三军团奋起抵抗，双方再次在临沂城打的血流成河:
无奈第三军团名义是一个军团，实际上只下辖一个军一个师，就是马法武的39师，加上军团部、军部、师部这些非战斗人员也才1万余人，真正的战斗兵员只有5个团8千余人。
前两次临沂战斗，第三军团伤亡过半，但是没有得到兵员补充，好在李司令给他们补充了大量弹药，这才让庞军团长有了跟鬼子血战的底气。
鬼子为了占领了临沂，集中了数倍于庞军团的兵力进行猛攻，第三军团依托有利地形顽强抵抗，与鬼子血战三日两夜，杀他血流成河，最终因寡不敌众撤离临沂城，临沂陷落。
击败第三军团之后，鬼子开始两面夹击汤克勤的第二十军团，却遭到滇军第60军的顽强抵抗，双方在韩庄和郯城陷入对峙。
为了抵挡鬼子的攻势，华军队不得不向津浦铁路北线集中，这也导致华夏军队主力被鬼子滞留在台儿庄附近。
南线虽然珠城附近阻住了鬼子，但鬼子另辟蹊径，集中兵力向西绕过珠城，向蒙城、永城方向进攻，从西面威胁彭城的侧背。
华中派遣军第六师团沿运河北上，攻击51军的防区，同时第九师团、第十师团沿津浦路进攻88师防区，牵制88师主力。
在北面，第16师团于5月初从齐鲁省济宁出发渡过运河占领郓城后迅速向单县、金乡、鱼台、以及苏省丰县、砀山方向推进。
同时第14师团从中原濮阳南渡大河后快速占领菏泽、曹县直插中原兰封。
5月中旬，南北两路鬼子在陇海路方向会师，成功堵住了华夏军队向西的退路。
几乎同时，从夏镇附近渡过微山湖的第10师团主力开始向沛县进攻，至此鬼子对彭城的战略包围已经形成。
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