庞炳勋的第3军团下辖1个军，即第40军，军长由庞炳勋兼任。军部是乙种编制，直属1个特务营，1个39师，师长马法五。师辖两个步兵旅，115旅和116旅，还有1个补充团和炮兵、工兵、辎重、通讯各为1营，再是骑兵300人。1.3万人的队伍，在庞炳勋的率领下，浩浩荡荡开赴临沂。

    第3军团到达临沂后，立即组织各级参谋人员察看周围地形，并召开营以上长官和参谋联席会议，研究敌情，制定攻守方法。在确定出初步的作战方案后，第116旅便沿汤头至葛沟一线构筑前线阵地，并从白塔起顺沂河东岸向南一直到郁九曲一线构筑了主阵地。

    庞炳勋觉得这还不够，李宗仁长官把镇守临沂的任务交给第3军团，这副担子是很重的。临沂距台儿庄只有90公里，如果临沂失守，那么徐州是肯定保不住的。于是，他又多想了一层，命令参谋人员去临沂以西的山区，把那个地方的有利地形侦察清楚。到临沂真是守不住的时候，他准备带部队在西边山区同日军开展游击战，想方设法地把日军困在临沂一带，决不能放一兵一卒过临沂。

    抗日战争时的庞炳勋，像是换了一个人似的，他要以自己的爱国热情和一腔热血，谱写出他后半生的华丽篇章，为国人树立一个真正的庞炳勋的形象。

    第3军团在临沂驻扎下来了。40军军部和39师师部同驻在南关的省立第三乡村师范学校，周围有炮兵、工兵、辎重和通讯的4个营；朱家麟的115旅驻城东相公庄一带，旁边放有一支骑兵部队；李运通旅长的116旅驻城北诸葛城一带；李振清团长的补充团驻城关附近。

    驻在临沂县城的还有当时国民党第三督察专员公署，专员张里元手下有1个保安团。这个保安团很有战斗力，武器装备超过庞炳勋的正规军。

    在庞炳勋到达临沂城时，张里元专员接到第五战区李宗仁的电报，临沂保安团归属庞将军指挥调配。庞炳勋安排保安团驻守县城，维护治安，留着当预备队。

    庞炳勋刚把布防事宜安排好，就有侦察情报报告，说有2000多人的伪军在沂水、诸城、莒县一带与沈鸿烈的海军陆战队和第五战区第1游击队司令刘振东部进行激战。沈鸿烈部和刘振东部可能抵挡不住，敌人有进逼临沂的态势。

    李宗仁发来电报，命令庞炳勋派兵支援。庞炳勋速派115旅的229团和230团，并配置山炮两门，增援莒县。副旅长黄书勋率领第229团为右翼，朱家麟旅长率230团为左翼。

    2月26日，右翼的第229团到达莒县，当即进城占领阵地。城内一片死寂，并没有谁在这里打仗呀。左翼的第230团这时已到达城西的村庄，他们与城内的229团遥相呼应。次日拂晓，有敌兵千余人突将莒县城西、北两面包围，切断了左右翼之间的联系，随后敌人炮火猛轰城内的第229团。团长邵恩三左臂受伤，士兵伤亡严重。邵团长带伤指挥战斗，直到下午2时左右，才把进攻的敌人打退。

    莒县外围的第230团被另一批敌军牵制，无法策应第229团。城内的229团经一天的激战，趁天黑正在修补工事。谁知半夜时分，敌人又大举进攻莒县，照明弹把莒县照得跟白昼一般，让敌人看得很清楚。有1个班的敌兵，带有轻机枪，偷偷摸上城墙西北角，凭借猛烈的火力向城东南进行扫射。城北守军顿时混乱，纷纷朝南门撤退。关键时刻，黄副旅长亲自登上南城门楼，组织火力压制住西北角城墙的敌人，并命令炮兵向西北角发射炮弹，这样才把偷袭之敌全部消灭。

    28日拂晓，大批敌军又悄悄登上东北角的城墙并很快向西、南展开。

    229团组织火力反击，没有控制住敌人。邵团长坚决主张进行巷战，与城共存亡。黄副旅长认为自己处于劣势，情况不明