与第三军团（司令庞炳勋）于多日激战后相峙于临沂保卫战，第五十九军于3月12日抵达临沂西郊后，在13日至17日，与24日至30，会同第三军团庞炳勋的部队两度与日军第5师团展开战斗，最后第5师团被迫往东北撤退。临沂一战阻隔了日军第5师团与第10师团（师团长矶谷廉介），使之无法合流进攻徐州。后第10师团在台儿庄被重创，是为台儿庄大捷。张自忠亦因功升第二十七军团军团长兼第五十九军军长，辖第五十九军与第九十二军。虽然临沂与台儿庄两次战斗均获得胜利，但之后由于日军华北与华中派遣军共派出7个师团与两个独立旅团，从南、