李宗仁询问有什么困难，庞炳勋叹息道：“我原有五个团，现在军委会有令，要我把一个特务团归并，编为四个团。我的部队兵员都是足额的，要我把这个团归并到哪里去？不归并，就只好遣散。现在正是用兵之际，各部队都在扩充，怎么惟独要我的部队遣散？”
李宗仁对庞炳勋颇为同情，允诺呈报军委会，力争解决。李宗仁几经交涉，军政部复电说，委员长允许第三军团暂时维持现状。消息传出，庞炳勋感激涕零。他的部队很快得到了弹药装备的补充。
庞炳勋军团刚到临沂县城，还没来得及休息，坂垣师团就猛扑过来。庞炳勋在部属中威信颇高，指挥灵便，部队战斗力强，死守县城。日军在飞机大炮配合下，连日反复冲杀，伤亡枕藉，竟无法击溃守军，令坂垣大感意外。
日军久攻临沂不下，便撤到汤头以南阵地，经过休整补充，调来援军五千人，配属三十多门大炮，二十多辆坦克，又向临沂防地压来，攻占了沂河以东、汤头以南的几个村庄。庞炳勋严阵以待，誓与临沂城共存亡。全军上下奋力拚搏，牺牲太大，渐感不支，连忙告急，请求援助。