在此期間，第一集團(tuán)軍番號(hào)撤銷，集團(tuán)軍直屬部隊(duì)分撥張自忠、劉汝明、馮治安、石友三各部。其中五十九軍分得姚景川之騎兵第十三旅。至此，原二十九軍各師完全被蔣介石拆散。宋哲元失去兵權(quán)，專任第一戰(zhàn)區(qū)副司令長官，這實(shí)際是一個(gè)空架子。

4月8日，姚景川率騎兵旅（轄兩個(gè)團(tuán)）抵達(dá)臨沂。同日，李仙洲之九十二軍第十三師到臨沂，歸張自忠指揮。

4月13日，張自忠被任命為第二十七軍團(tuán)長，下轄第五十九軍和第九十二軍。第五十九軍軍長由張自忠兼任，第九十二軍軍長系中央軍，軍長李仙洲，下轄兩個(gè)師：第十三師，師長吳良??；第二十一師，師長由李仙洲兼任。該師未到臨沂。

張自忠晉升為軍團(tuán)長，深感名位高了，責(zé)任也重了。

這時(shí)原北平市警察局長陳繼淹奉宋哲元之命來到臨沂，慰勞張自忠及五十九軍官兵。老友相見，悲喜之情難以言表。談到這個(gè)月來，官兵的巨大傷亡張自忠含淚沉痛地對(duì)陳繼淹說：“多年患難的弟兄們?yōu)閲鵂奚?，這心里的難過，比油煎還狠！長官遠(yuǎn)道慰勞能不愧！但相信我領(lǐng)導(dǎo)他們走的是光明大道，雖死猶榮！軍人報(bào)國，此其時(shí)也！謹(jǐn)請(qǐng)轉(zhuǎn)稟宋先生，幸釋遠(yuǎn)懷?！边@時(shí)五十九軍軍部距敵人僅600米。

張自忠對(duì)陳繼淹坦陳胸懷道：“我們受國家多年培養(yǎng)，值此大敵當(dāng)前，國家民族存亡之際，我們只有三條路可走，第一條是逃，第二是當(dāng)和尚，第三是死。但是一、二兩條路，不是我們走的，那么，只有走第三條路以死報(bào)國了！我的心愿如此，你以為怎么樣？”

聽了這番悲愴的話，陳繼淹頗為感動(dòng)，他誠懇地回答說：“目標(biāo)選得再好沒有，只是當(dāng)死再死，鴻毛泰山，全在時(shí)間與事實(shí)的選擇。目前責(zé)任重大，生死事小?！?/p>

老朋友鄭重勸勉，張自忠得到不少安慰。

臺(tái)兒莊方面，湯恩伯、孫連仲、孫桐萱等部于4月3日開始向日軍反攻。6日，殘敵一萬余人向北潰退，我軍跟蹤追擊。7日，臺(tái)兒莊之?dāng)橙棵C清，臺(tái)兒莊大捷，戰(zhàn)役基本結(jié)束。

臨沂方面，日軍卻源源增兵，戰(zhàn)局仍然十分緊張。

14日，板垣已將第五師及另外兩個(gè)團(tuán)：第四十一、四十二團(tuán)調(diào)到義堂集地區(qū)，準(zhǔn)備再次發(fā)動(dòng)攻勢。

此時(shí)的五十九軍，連番激戰(zhàn)，傷亡很大，減員嚴(yán)重，已殘破不全。尤其是三十八師，傷亡大部，幾不成軍。為了維持戰(zhàn)斗力，張自忠將部隊(duì)進(jìn)行了編并，三十八師所剩兵力，全部并入一一二旅，由旅長李九思指揮；黃維綱師長帶領(lǐng)部分干部到徐州以西黃口增募新兵；一八○師仍維持兩旅四團(tuán)建制，但缺員也多，每團(tuán)只有800人左右。全軍可戰(zhàn)之兵力只有七、八千人。龐炳勛四十軍可用之兵僅2000人左右。兩軍的分工是，五十九軍在城外出戰(zhàn)。

16日，日軍第四十一、四十二團(tuán)在第九旅旅長國崎登少將的指揮下，向臨沂發(fā)起猛攻。我軍以久戰(zhàn)殘破之師對(duì)新銳強(qiáng)悍之?dāng)?，?zhàn)斗極為艱苦。18日，臨沂城西北角被日軍炮火轟塌數(shù)處，日步兵乘機(jī)在坦克掩護(hù)下，突入缺口，攻進(jìn)城內(nèi)，情況緊急萬分。張、龐兩軍拼死反擊，才將日軍擊退。但日軍憑借其強(qiáng)大火力，連續(xù)攻擊，臨沂城岌岌可危。

19日上午，張自忠電報(bào)報(bào)告李宗仁戰(zhàn)況。

當(dāng)面之?dāng)?，自愿?4日）晨以來，猛烈犯我，著著進(jìn)逼，迄未停止。嘯（18日）晚繼續(xù)徹夜激戰(zhàn)，在敵炮火猛烈轟擊下，我陣地全毀，房屋均著火，炮彈已漸達(dá)城垣，我官兵于槍林彈雨中流血抵抗，前仆后繼，傷亡累累，而干部傷亡尤重，陷于苦戰(zhàn)狀態(tài)?，F(xiàn)援軍僅到一部，二十一師尚無消息 ?，F(xiàn)時(shí)情況二十一師今晨不能到達(dá)，危險(xiǎn)堪慮。職已嚴(yán)飾所部，無論傷亡如何，即余一兵一彈亦須拼其全力苦撐到底，以實(shí)現(xiàn)保衛(wèi)臨沂之任務(wù)。

蔣介石對(duì)臨沂戰(zhàn)局十分關(guān)注。19日下午，他致電李宗仁指出：“于學(xué)忠軍應(yīng)星夜開臨沂，先擊破該方面之?dāng)??！?/p>

可惜此決定太晚了。19日，日軍由西北兩面對(duì)臨沂城發(fā)動(dòng)大規(guī)模進(jìn)攻，五十九軍奮力苦戰(zhàn)，守住了城郊多數(shù)陣地，但右翼大柳園（臨沂西北）還是被日軍攻陷。守衛(wèi)臨沂城的龐軍也未能阻止日軍從西關(guān)、南關(guān)突破。下午5時(shí)，攻進(jìn)城內(nèi)日軍近2000人，龐軍與日軍展開巷戰(zhàn)，雙方傷亡慘重。

張自忠指揮五十九軍從城外猛攻日軍側(cè)背，以圖解救龐軍之急。正攻擊中，龐軍已奉李宗仁電令，于午夜由東門突圍而出。臨沂陷于日寇手中。

臨沂失守，張自忠十分痛心，他在給老朋友、軍令部次長熊斌電報(bào)中道：“職部此次轉(zhuǎn)戰(zhàn)臨沂，為時(shí)月余，激戰(zhàn)四次，逐次傷亡，力量削弱，而敵陸續(xù)增加，志在報(bào)復(fù)。職部以兵員疲憊、器械殘缺之余，當(dāng)生力增援機(jī)械化之?dāng)?，預(yù)料必危。今日徒以國勢至此，分屬軍人，義無反顧，是以激勵(lì)部屬，奮斗到底，而在援軍未到前，守城龐軍退出臨沂城垣，戰(zhàn)局頓挫，是所痛心，……職忝綰軍符，以身許國，救國有心，殺敵無力，殊覺俯仰疚心?！?/p>

其實(shí)臨沂之失，并非守軍作戰(zhàn)不力，而是戰(zhàn)區(qū)指揮不當(dāng)之咎，最大的失誤，便是可圍殲坂本支隊(duì)而令五十九軍撤軍去滕縣，致日軍第五師這一主力得以死里逃生并竄援臺(tái)兒莊。且對(duì)敵情始終估計(jì)不足，以久戰(zhàn)疲憊之五十九軍往來奔波，更增疲憊且影響士氣，在坂本支隊(duì)西竄后又將臨沂援軍撤走，只留已疲憊不堪且傷亡嚴(yán)重的五十九軍及已完全喪失戰(zhàn)斗力的龐軍留守臨沂，對(duì)敵勢估計(jì)不足，使臨沂守軍力量不足，以兵疲器鈍之張、龐殘余之師當(dāng)日寇精銳之旅，又無援軍，雖盡全力，也難挽回?cái)【帧?/p>