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临沂战役前夕，板垣征四郎计算了59军和临沂之间的距离，认为59军要赶到临沂增援，最少也要三天。而在这三天里，板垣征四郎完全能够吃掉庞炳勋，然后转身对付劳师远征的张自忠。他没有想到的是，张自忠的59军一昼夜强行军180里，赶到了沂水岸边。此时，庞炳勋被压在城内一角，拼死抵抗。
庞炳勋见到张自忠，握着他的手，百感交集地说，老弟啊，为兄过去对不起你，没想到你还能来救我。如果你再晚来一步，就只能收拾为兄这把老骨头了。
当时，庞炳勋已经年逾花甲，而张自忠将军46岁。张自忠说，庞兄放心，过去的事情一笔勾销，小弟一定拼死替你打赢这一仗。
此后，庞炳勋与张自忠成为生死之交。
59军的临沂战役一共经历了五天，从1938年3月14日将士们夜渡沂水，用手榴弹和刺刀向日军猛攻开始，五天后的3月19日，张自忠下达了总攻击令，59军所有将士高呼着口号，以排山倒海的气势冲向敌阵，战至夜半，板垣征四郎终于胆怯了，以放火为号，日军全面退却。
老兵们说：“五天五夜，都没有睡过觉，实在太困了，就抱着枪猫着腰打个盹，日本人上来了，又端着枪把日本人压下去。”
阮明刚说，这五天里，日军白天进攻，依仗着飞机大炮和坦克，抢占了59军的阵地，而夜晚来临的时候，59军则摸上被日军占领的阵地，与日军短兵相接，用手榴弹和刺刀又将日军赶走。城中拼死坚守的庞炳勋军团也趁势反击，第五师团占不到便宜，只好狼狈逃窜。
老兵们说，日军逃走的时候，光死尸就装了120辆卡车。还有900多具死尸来不及运走，日军只好砍下这些死尸的右手，装在卡车上。
第五师团，日军的甲级师团，板垣征四郎吹嘘天下无敌的第五师团，在短短的半年时间里，一败于林彪，二败于张自忠。号称“铁军”的第五师团，却都败于武器装备极为落后的八路军之手和一向瞧不上眼的杂牌军之手，板垣征四郎颜面扫尽，痛心疾首，几乎要切腹自杀。
临沂战役，日军伤亡4000余人，而被59军伤亡的，就多达3000余人。第三军团和59军也伤亡9210人，而59军伤亡4482人，其中军官伤亡199人。这场战役中，最为人称道的是刘家湖之役，59军全歼日军第三大队一千余人。而59军也付出了惨重的代价，仅全体阵亡的就有26旅678团二营和113旅226团第6、第10连，114旅227团第12连，225团第7连。张自忠看到曾经生死与共的弟兄战死沙场，心情沉重地说，真比油煎心肠还狠。
临沂战役结束后，阮明刚所在的连队仅剩七八个人，他升为机枪手；李长维所在的连队仅剩十几个人，他升为副排长。
而此战，张自忠是抱着必死的决心来到临沂的。在临沂之役前夕，他曾致电西北军旧将鹿钟麟：“战而死，虽死犹生；不战而生，虽生亦死。”而以后在每次战役中，张自忠都把它当成了自己参加的最后一次战役。
以古代君子的标准严格要求自己的张自忠，被人们骂为汉奸，他受到的伤害之深，我们可想而知。
他本来可以不死，他可以活着，而且可以一直活得很好，可是，他却像古代那些蹈海的英雄一样，要以死明志。
对于别人来说，白璧微瑕，何足道哉，而对于张自忠来说，白璧有了微瑕，就不再是白璧了，他追求的是白璧无瑕的品德。
儒家云：正心、修身、齐家、治国、平天下。而张自忠将军除了正心、修身、齐家、治国、平天下。他还追求更完美的境界，不被人所玷污。他爱惜自己的名声，就像天鹅爱惜自己的羽毛一样。
孟子曰：仰不愧于天，俯不怍于地。而张自忠将军不仅要求自己仰不愧于天，俯不怍于地，他还要求自己不被人所误解。而既然被人误解了，他愿意用死亡来换回最尊贵的名声。
张自忠虽为民国虎将，骨子里实际是远古高士，就是歌咏高山流水那样的高士，就是饿死在首阳山上的那些高士，就是陪同田横自刎的五百高士。
临沂之役震动全国，而取得临沂大捷的，竟是当初万民口诛笔伐欲致其于死地的张自忠，当时的人们无不恻然，怆然，戚戚然。
张自忠将军一战成名，洗刷了强加在自己身上的不实之词，抹去了泼在自己身上的积年脏水。
时任《大公报》总编的张季鸾闻听临沂大捷，连夜书写了一篇千余字社评，刊登在1938年3月21日的《大公报》上。这篇激情洋溢的社评这样说：
临沂之战，是抗战开始以来可以特书大书的一件事，乘此愿对全体卫国将士致其谢忱，述其感想。八一三以来，无论南北战线，我们主要的念头，是坚守，是撑持，不少的人们以为火力悬殊，不易取胜。同时有些人专想倡游击，以为主力对峙的正式战很困难，只有游击。又有一种议论，是屡战屡败，屡败屡战。其意以为不妨败，只要能续战。综上所述，可知无形中殆有不易克服的一种观念，是因为火力悬殊之故，我们只能牺牲，能拚命，而不容易胜利。这种观念，到现在确实推翻了，这就是临沂胜利的最大收获。
敌人攻临沂的是板垣师团。大家知道板垣是日阀少壮派的领袖，是关东军的灵魂，是中国最凶猛的敌人，但此次战事，我军确实把他击破击走，消灭其劲旅几千……我们只要决心，只要运用得宜，尽可以消灭敌军的精锐。换言之，火力纵然悬殊，但依然可以消灭他，可以战胜他……
无论如何，敌人的侵略力量是有限的，而我们的抵抗力，战斗力，应当是无尽无穷。现在已有确切把握，断定日本不能吞中国。今后的问题，只在我们怎样胜，几时胜。敌相近卫昨天在东京议会已经承认作战困难，劝日本人民隐忍，这就是敌人色厉内荏的证明。世界上那有以硬灭邻居国为国策者！日本要走这死路，只有看他走！敌人前途，实在一片漆黑，我们全军全民，要一致认识自己力量的伟大，要继续努力，消灭板垣之流。光明荣誉，就在我们的面前！
民国名记张季鸾确实了不起，他在全面抗战刚刚开始的半年后，就预测到了日本不能吞并中国，预测到了中国必将胜利，预测到了日本侵华是一招臭棋。而国民党副主席汪精卫竟然看不到这一点，他极度缺乏自信地投降了日本，在签字仪式上，还受到了已成为日本陆相的板垣征四郎的奚落和讥讽，忍气吞声。从汪精卫见到板垣征四郎的那一刻起，他的名字就被永远钉在了历史的耻辱柱上，和张邦昌、秦桧们并驾齐驱。
时任第五战区司令长官的李宗仁将军谈起临沂之战时，这样说：“此次临沂之捷，张自忠的第五十九军奋勇赴战之功，实不可没。”白崇禧将军谈起临沂之战时也说：“张将军在徐州会战之临沂战役，与庞炳勋将军将敌精锐第五师团击溃，减轻徐州会战之压力，使台儿庄获得抗战以来第一次胜利，于战史上占有辉煌的一页。”
此战之后，再无人说张自忠是汉奸。
此战之后，张自忠升为27军团军团长，兼59军军长；半年后，又升为33集团军总司令。