14日凌晨3 时许,59 军强渡沂河,向日军第5师团发动猛烈进攻。一时间,枪炮大作,地动山摇。张自忠率军部推进至朱潘,就近指挥作战。当记者请他预测战役胜负时,他坦率地说:“这次攻击是成功,还是失败,现在没有把握。板垣的部队实力很强。不过我将尽全力去做,以求良心之所安。”

左翼38师渡河后,一路冲杀,连破日军坚固阵地四五处。但板垣师团确实是日军精髓,他们迅速停止了对庞炳勋部的攻击,转而全力向38师反扑,双方展开混战,往来几个回合,38师伤亡400余人,被迫退回沂河西岸。张自忠震怒之下,当即将担任主攻的122旅旅长李金镇撤职,命新兵团团长李九思升任旅长,并令其准备再次渡河攻击。右翼180师渡河后,分两路向前攻击。日军出动增援部队与我军展开激烈争夺,阵地失而复得者数次。经过奋战,180师以伤亡800余人的代价将敌击退。15 日一早,该师乘胜向前推进,日军阵脚混乱,向东西水湖涯溃退。退回沂河之38 师15 日晨再次渡河攻击,正激战中,忽闻日军偷渡沂河向该师后方迂回。张自忠被迫将38师一部调回,打击偷渡之敌。

由于日军将主力用于对付59军,庞炳勋部正面日军兵力大减。庞炳勋抓住有利战机,率部猛袭日军侧背,有力地配合了59军的正面攻击。

16日拂晓前,日军增援兵力到达,转为反击,由沙岭从2 个旅的结合部渡过沂河,向第38 师后方“崖头、刘家湖、苗家庄、钓鱼台之线猛攻,并以飞机10余架轰炸”,与第38师预备队第111旅激战于崖头、苗家庄地区,并攻占了船流、刘家湖。

张自忠根据当时的战况迅速采取措施,调整部署:令第38师以有力的1个团加强茶叶山的防守,作为军的主要支撑点;令军部骑兵营由石家屯东渡沂河,向葛沟、汤头间出击,袭扰敌之后方;令进至河东的部队全部撤回河西,阻击渡至河西的敌人。双方在刘家湖一带展开激烈的肉搏争夺战,刘家湖失而复得者四次,崖头失而复得三次。茶叶山一度被敌占领,旋即夺回。

16日夜10时,59军向敌发起空前猛烈的攻击,雷霆万钧,大地震颤。拼杀至17日凌晨4时,59军胜利攻克日军全部主阵地。

在茶叶山战斗中,228团的3位营长一死两伤。第2营营长冉德明在率部向高地突击时连中数弹,被随身护兵抬下火线。冉营长自知不救,对护兵嘱咐说:“我这伤是救不了啦,我有三个愿望:一是希望张军长能亲自看一看我的尸体;二是给我立一块小碑;三是不要将我的死信告诉老婆孩子,战事平定,希望能把他们送回河北完县老家。”(www.daowen.com)

张自忠得到报告,立即赶来看望。此时,冉营长已停止了呼吸。冉德明是跟随张自忠多年的老兵,曾任张之卫队连连长,彼此亲如手足。张自忠抱起冉营长浑身是血的遗体,连声呼喊着冉德明的名字,泪流满面。按冉德明的遗愿,张自忠派人将他的遗体运往河南郑州,埋在西北军专门安葬死难官兵的“义地”里,为他立了高2米、宽1米的墓碑,碑铭由张自忠亲自题写。此后,张自忠还以冉德明的名义定期给他的家属邮寄生活费。

至17日上午,第59军已伤亡6000余人,第一线作战部队的营长伤亡1/3,但该部队仍坚守阵地,顽强战斗。徐祖诒参谋长鉴于59军伤亡过重,建议张自忠撤出战斗,转往都城休整。但张自忠杀得性起,不肯撤退。他说:“中国军队伤亡很大,敌人伤亡也大。敌我双方都在苦撑,战争的胜利,决定于谁能坚持最后五分钟。既然同敌人干上了,我们就要用精神和血肉拼命干一场,不打败敌人誓不罢休!”众将领非常赞同军长的意见,纷纷求战。张自忠当即下达命令:除李文田副军长留军部主持工作外,其余各级部队主官一律到前线督战指挥;军总预备队114旅投入战斗;全军所有山炮、野炮和重迫击炮全部推进至第一线,带上所有炮弹,在黄昏前,将全部炮弹倾向敌阵;攻击重点为茶叶山、刘家湖、小苗家庄。

显然,张自忠决心倾尽全力,与板垣征四郎一决雌雄。他斩钉截铁地对几位旅长说:“这次攻击,只许胜,不许败,否则军法处置!”此时日军因伤亡甚众,亦已无力发动强攻。张自忠掌握战机,集中全力组织反击,于当日黄昏后,利用敌人得不到飞机支援而又不惯夜战的有利条件,向河西之敌发动进攻。激战竟夜,以肉搏战将渡至河西的日军击歼近半。在日军遗弃的尸体中发现有第11联队联队长长野佐一郎大佐、第3大队大队长牟田中佐及第9中队中队长等多名军官。又据在刘家湖所俘一等兵陆夫说,这次沂河两岸战斗,第5 师团坂本支队伤亡约3000余人。日军大部退向莒县,一部退至汤头。张自忠令第38师的第114旅向汤头方向追击,停止于汤头以南李家五湖一线。其余部队除一部沿沂河西岸茶叶山一带警戒外,全部集结到刘家湖一带休整。沂河以东日军在其主力北撤后,亦向傅家池、草坡一带撤退。

就在中国军队准备向敌发起追击之时,不料日军于17日凌晨5时发起疯狂反扑,中国军队阵地多处告急。但官兵们咬牙与敌死拼。素来顽强的日军,在59军痛击之下,终于丧失了继续战斗的意志,狼狈撤回河东,然后掉头向北逃窜。临沂大捷至此告成。张克侠参谋长兴奋地在日记中写道:“昔日所向披靡不可一世的皇军之板垣师团,为我中华好男儿已打得威风扫地,＇铁军＇碰到了打铁汉!”

17日上午11时,蒋介石致电李宗仁、张自忠、庞炳勋,嘉勉临沂之捷,电报说:临沂捷报频传,殊堪嘉慰。仍希督率所部,确切协同,包围敌人于战场附近而歼灭之。如敌脱逸须跟踪猛追,开作战以来歼敌之新纪录,借报国军之气势,有厚望焉。