庞建议固守城防。张则主张以第五十九军在城外采取野战，向攻城之敌侧背攻击，以减轻守城部队之压力，亦可断其归路，阻其援军。几经磋商，最后一致通过张的作战计划。其次研究攻击开始时间。张首先发言，他说：“在一般情况下，五十九军以急行军到此，非常疲劳，似宜稍作休息，再与敌人作战。但兵贵神速和出敌不意，且我以劣势装备，对现代化之强敌，必须利用夜战、近战，方可奏效。应打破常规，提前开始行动。”最后商定，第五十九军即于三月十四日晨四时，以迅雷不及掩耳之势，强渡沂河，一举插入敌板垣师团之右侧背，在亭子头、大太平、申家太平、徐家太平、沙岭子等处突破敌人防线。计划实施后，敌初不及料，损失惨重，一夜之间，歼敌逾千。我亦付出相当代价。敌遂放弃攻城，转对第五十九军作战。三月十四、十五两日，双方在沂河两岸反复冲杀，战线犬牙交错，形成逐村、逐屋争夺之拉锯战。在前后三天的激战中，双方冲杀不下数十次，我毙、伤敌四五千人。我第五十九军，伤亡也不下六七千之多。该军两师连、排长几乎全部易人，营长也伤亡近半。
三月十六日，战区参谋长徐祖诒见第五十九军伤亡太重，拟电请五战区长官李宗仁同意后，令向郯城后撤。张自忠要求再打一天一夜。经徐祖诒参谋长请示战区同意，张军长立即下令全军营、团长均到第一线指挥，师、旅长到团部指挥所，军长亲临两师前线。并令将全军所有火炮，全部推进到第一线，带上所有炮弹，限令三月十七日黄昏以前，以密集炮火，向敌人猛烈轰击。入夜后，所有官兵，均投入战斗，猛攻盘踞在凤仪官庄、刘家湖、苗家庄、船流等十余个村庄之敌。顿时枪炮大作，杀声震天。激战到十七日凌晨二时，号称铁军之板垣师团再无抵抗能力，遗尸干余具，向汤头、莒县方向溃退。我乘胜追击至董官庄、白塔、汤头一带布防，与汤头以北之敌形成对峙状态。
三月十八日晚，第五十九军奉令除留第一一四旅归四十军指挥协同守城外，其余即进出于费县、沈村一带，威胁敌研J谷师团之左侧背，以策应五战区正面之作战。
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