到张自忠率领五十九军前来救援击退来犯日军，成为台儿庄战役胜利的基石。因徐州会战军功，龎炳勋升官为第三军团军团长兼任第四十军军长兼任第三十九师师长。民国28年升任第24集团军总司令，民国29年兼任河北省主席、中央监察委员。在河北省作战上主要是依靠敌后游击战为主，随着日军在华北的反游击、清勦扫荡下，24集团军在当地折兵损将。
投日.1943年4月日军发动太行山战役扫荡当地的24集团军主力，在孤立无援的情况下加上先前降日的旧部孙殿英的劝说于1943年5月投降日本，并于汪精卫政权中任暂