3月20日，軍事委員會副委員長馮玉祥獲悉臨沂大捷，十分欣慰，興奮之餘，當即以《臨沂大勝》為題作詩一首，表達喜悅和祝賀之情。
3月22日，軍事委員會以臨沂告捷，通令勗勉前線各軍將士努力作戰，令曰：
津浦北段，臨沂之役，為開戰以來不可多得之勝利，正麵之敵受我主力軍團反擊，敵已頓挫，即可殲滅，望各勵所部努力。1
3月30日，國民政府以張自忠在臨沂樹立奇功，明令撤銷撤職查辦處分，令謂：
張自忠前經明令撤職查辦，茲拒軍事委員會呈稱，此次臨沂之役，該員奮勇殲敵，樹立奇功，擬請撤銷前令，以資鼓勵等情。張自忠撤職查辦處分應準撤銷，用昭，此令。2
再戰臨沂
正當張自忠率第五十九軍向費縣疾進時，身後的臨沂戰局又趨緊張。板垣在偵知張自忠部已開往費縣的消息後，心中大喜，忙糾集片野第十一聯隊、長野長二十一聯隊、大場第四十二聯隊及騎兵、炮兵各隊約4000多人，朝臨沂捲土重來。幾天來，敵機輪番轟炸，重炮竟日射擊。3月23日，日軍竟推進到距臨沂城僅十數裏之遙的埠前店、三官廟一帶。龐炳勛的第四十軍雖節節抵抗，奮力拚殺，但終因損兵折將而漸感不支。同日，龐炳勛向蔣介石發出告急電報：
限即到。武昌委員長蔣、何部長：勉密。（一）敵自攻擊以來，陸續增加，現至四千餘。（據莒縣遊擊隊報告，在夏莊親見敵汽車馬日48、養日32輛，俱載新來士兵南進增援。）炮火晝夜不停，往復突擊，肉搏多次。我師旅長躬在陣地，督飭指揮，戰鬥之烈空前，斃敵無算。我傷亡慘重，僅現剩有戰鬥兵計一一五旅全旅五六百人，一一七旅八百餘人，補充團亦七百，其餘尚在調查，本日已將軍特務營（加入瞬時即犧牲一全連）、學生隊等，均加入陣線，現軍師部即一連之預備隊亦無，再所有輕重火器被敵炮毀及箱子損壞者，已逾半數。現正激戰中。（二）職軍前擢破敵板垣部隊，已苦戰月餘，今當敵新銳之眾，縱傷亡十之七八，然為國家為主義而奮鬥，全體官兵，抗戰精神始終貫注，死而無怨。蓋自北伐十餘年以來，革命素誌，如願以償。惟當此緊要關頭，遭此摧殘，殺敵有心，恨乏實力，揆之現勢，臨沂城危急萬分。龐炳勛。23.24。參。印。1
此時，台兒莊大戰也正在緊張地進行之中，臨沂如若不保，戰役全局必遭影響，於是李宗仁於23日中午急電張自忠：
第五十九軍全部開赴臨沂，協力龐軍肅清臨沂以北之敵。1
接電後，張自忠立即率部原路折回。此時日軍已滲透到回援路上，他指揮部隊一路奔殺，於24日晨到達臨沂城北的南曲坊、十裏舖、角沂莊、八裏屯、大小嶺南、北道、紅嶇寺、東西墩、古城一帶安營紮寨。
征塵未落，張自忠便偕隨從急匆匆趕往臨沂城內，與龐炳勛會商作戰計劃。當他踏入第四十軍軍部大門時，映入眼簾的是一片忙亂景象，衛兵們正在收拾行囊，床上的鋪蓋也已綑紮成卷。畢竟是故有糾葛，對張自忠能否再次前來相救，龐炳勛心不託底。當望見張自忠一行走進屋來，他真是百感交集，老淚縱橫：“藎忱老弟，真難為你了。要是你不回來，第四十軍必全軍覆沒，臨沂城也勢所難保。”張自忠一番撫慰後，雙方便坐定商討作戰計劃。
對於這仗該如何打，張自忠在回援路上已有盤算。此役較之前役，敵我形勢有了很大變化。敵援軍已到，兵力得到補充，且其行動屬敗走後之反撲，報復心理必驅使它更加氣勢洶洶。而我軍則元氣大傷，此役距前役僅隔數日，兵力不可能得到補充。眼下，敵不僅已占領了臨沂城北的劉家湖、邵雙湖等要地，而且一路向沂河東岸的桃園、三官廟進攻；另一路則由臨沂城北的南曲坊、朱鄔向毛家莊、西北園進逼，對臨沂城形成了從東、西兩側夾擊之勢。第四十軍兵力不敷抵抗，被迫縮短戰線，目前隻勉守距臨沂城僅有咫尺之遙的九曲店、小李家莊、石埠嶺、黃山之線。如此危勢之下，若以我殘破之軍固守城垣，或第五十九軍接防第四十軍繼續實行正麵抵禦，均非上策；馬上發動攻勢，也為時已晚，準備不及。就眼下而言，最好的辦法是第五十九軍逼敵側背，肅清河西，站穩腳跟，建立陣地。此舉既可避免敵繞道河西南下台兒莊，又可引敵回攻，以解臨沂之圍，屆時我再轉入攻勢，予敵重創。不料，當張自忠將這一設想提出之後，龐炳勛卻兩眼恍惚，神情愕然，心想：張自忠這不是要保全自己而不肯全力相救嗎！他兩眼紅腫，涕泗交流，近似哀求地對張自忠說：“藎忱老弟，我的隊伍已經拚得差不多了，這你是知道的。貴部若不接城防，也不取攻勢，那我隻有全軍覆沒了。請老弟無論如何也要想想辦法。你的恩德，於公於私，我當永誌不忘！”他唯恐張自忠不允，於3月24日還打電報給蔣介石：
特急。武昌委員長蔣：中密。職軍傷亡情形，於23、24電陳，苦戰月餘，疲憊已極，官兵犧牲，武器損失，均甚奇重。職本革命軍人並不氣餒，乃實無戰鬥，請令五九軍先接職軍現在防線，以固臨沂。否則，出擊尚未成功，而城垣不守，前功盡棄，影響戰局。即職自問殊無以對國家及犧牲之官兵，現督勵殘部，誓死扼守，仍在激戰中。伏請迅予定奪示遵。龐炳勛，24.09。參。印。1
3月22日，軍事委員會以臨沂告捷，通令勗勉前線各軍將士努力作戰，令曰：
津浦北段，臨沂之役，為開戰以來不可多得之勝利，正麵之敵受我主力軍團反擊，敵已頓挫，即可殲滅，望各勵所部努力。1
3月30日，國民政府以張自忠在臨沂樹立奇功，明令撤銷撤職查辦處分，令謂：
張自忠前經明令撤職查辦，茲拒軍事委員會呈稱，此次臨沂之役，該員奮勇殲敵，樹立奇功，擬請撤銷前令，以資鼓勵等情。張自忠撤職查辦處分應準撤銷，用昭，此令。2
再戰臨沂
正當張自忠率第五十九軍向費縣疾進時，身後的臨沂戰局又趨緊張。板垣在偵知張自忠部已開往費縣的消息後，心中大喜，忙糾集片野第十一聯隊、長野長二十一聯隊、大場第四十二聯隊及騎兵、炮兵各隊約4000多人，朝臨沂捲土重來。幾天來，敵機輪番轟炸，重炮竟日射擊。3月23日，日軍竟推進到距臨沂城僅十數裏之遙的埠前店、三官廟一帶。龐炳勛的第四十軍雖節節抵抗，奮力拚殺，但終因損兵折將而漸感不支。同日，龐炳勛向蔣介石發出告急電報：
限即到。武昌委員長蔣、何部長：勉密。（一）敵自攻擊以來，陸續增加，現至四千餘。（據莒縣遊擊隊報告，在夏莊親見敵汽車馬日48、養日32輛，俱載新來士兵南進增援。）炮火晝夜不停，往復突擊，肉搏多次。我師旅長躬在陣地，督飭指揮，戰鬥之烈空前，斃敵無算。我傷亡慘重，僅現剩有戰鬥兵計一一五旅全旅五六百人，一一七旅八百餘人，補充團亦七百，其餘尚在調查，本日已將軍特務營（加入瞬時即犧牲一全連）、學生隊等，均加入陣線，現軍師部即一連之預備隊亦無，再所有輕重火器被敵炮毀及箱子損壞者，已逾半數。現正激戰中。（二）職軍前擢破敵板垣部隊，已苦戰月餘，今當敵新銳之眾，縱傷亡十之七八，然為國家為主義而奮鬥，全體官兵，抗戰精神始終貫注，死而無怨。蓋自北伐十餘年以來，革命素誌，如願以償。惟當此緊要關頭，遭此摧殘，殺敵有心，恨乏實力，揆之現勢，臨沂城危急萬分。龐炳勛。23.24。參。印。1
此時，台兒莊大戰也正在緊張地進行之中，臨沂如若不保，戰役全局必遭影響，於是李宗仁於23日中午急電張自忠：
第五十九軍全部開赴臨沂，協力龐軍肅清臨沂以北之敵。1
接電後，張自忠立即率部原路折回。此時日軍已滲透到回援路上，他指揮部隊一路奔殺，於24日晨到達臨沂城北的南曲坊、十裏舖、角沂莊、八裏屯、大小嶺南、北道、紅嶇寺、東西墩、古城一帶安營紮寨。
征塵未落，張自忠便偕隨從急匆匆趕往臨沂城內，與龐炳勛會商作戰計劃。當他踏入第四十軍軍部大門時，映入眼簾的是一片忙亂景象，衛兵們正在收拾行囊，床上的鋪蓋也已綑紮成卷。畢竟是故有糾葛，對張自忠能否再次前來相救，龐炳勛心不託底。當望見張自忠一行走進屋來，他真是百感交集，老淚縱橫：“藎忱老弟，真難為你了。要是你不回來，第四十軍必全軍覆沒，臨沂城也勢所難保。”張自忠一番撫慰後，雙方便坐定商討作戰計劃。
對於這仗該如何打，張自忠在回援路上已有盤算。此役較之前役，敵我形勢有了很大變化。敵援軍已到，兵力得到補充，且其行動屬敗走後之反撲，報復心理必驅使它更加氣勢洶洶。而我軍則元氣大傷，此役距前役僅隔數日，兵力不可能得到補充。眼下，敵不僅已占領了臨沂城北的劉家湖、邵雙湖等要地，而且一路向沂河東岸的桃園、三官廟進攻；另一路則由臨沂城北的南曲坊、朱鄔向毛家莊、西北園進逼，對臨沂城形成了從東、西兩側夾擊之勢。第四十軍兵力不敷抵抗，被迫縮短戰線，目前隻勉守距臨沂城僅有咫尺之遙的九曲店、小李家莊、石埠嶺、黃山之線。如此危勢之下，若以我殘破之軍固守城垣，或第五十九軍接防第四十軍繼續實行正麵抵禦，均非上策；馬上發動攻勢，也為時已晚，準備不及。就眼下而言，最好的辦法是第五十九軍逼敵側背，肅清河西，站穩腳跟，建立陣地。此舉既可避免敵繞道河西南下台兒莊，又可引敵回攻，以解臨沂之圍，屆時我再轉入攻勢，予敵重創。不料，當張自忠將這一設想提出之後，龐炳勛卻兩眼恍惚，神情愕然，心想：張自忠這不是要保全自己而不肯全力相救嗎！他兩眼紅腫，涕泗交流，近似哀求地對張自忠說：“藎忱老弟，我的隊伍已經拚得差不多了，這你是知道的。貴部若不接城防，也不取攻勢，那我隻有全軍覆沒了。請老弟無論如何也要想想辦法。你的恩德，於公於私，我當永誌不忘！”他唯恐張自忠不允，於3月24日還打電報給蔣介石：
特急。武昌委員長蔣：中密。職軍傷亡情形，於23、24電陳，苦戰月餘，疲憊已極，官兵犧牲，武器損失，均甚奇重。職本革命軍人並不氣餒，乃實無戰鬥，請令五九軍先接職軍現在防線，以固臨沂。否則，出擊尚未成功，而城垣不守，前功盡棄，影響戰局。即職自問殊無以對國家及犧牲之官兵，現督勵殘部，誓死扼守，仍在激戰中。伏請迅予定奪示遵。龐炳勛，24.09。參。印。1