第3军团，虽号称军团，其实只有一个40军，40军，虽号称一个军，其实只有一个39师，士兵仅有一万人。第3军团，就是人们传统说法中的“杂牌军”。
而一万国军居然要抗击日军一个师团，而且这个师团还是日军的第5师团。全面抗战之初，日军的军力达到全盛时期，他们一个师团的战斗力最少相当于中国三个军。而在临沂，日军一个师团攻击的，却是一个中国师的防线。
庞炳勋原为西北军旧将，在与张作霖的部队作战时，腿脚负伤，走路一瘸一跛，人称“庞瘸子”。庞炳勋作战异常勇敢，每战必身先士卒，兼之智勇双全，累积战功，从士兵升至将军。
大战在即，李宗仁巡视第3军团，其实也就是巡视39师，他对庞炳勋说：“军人当为国家民族而战死战场，方死得其所。”庞炳勋说：“打了那么多年，互相残杀，让人寒心。今日与日军交战，死而无憾。”
大战在黎明前打响，第5师团出动了飞机、大炮，向着临沂城狂轰滥炸，城墙倒塌了，日军的坦克沿着倒塌的城墙开了进来。第3军团拼死坚守，士兵们腰缠手榴弹与坦克同归于尽，冲进城里的日军，又被赶了出去。
日军一连攻打多日，也无法攻入临沂。
后来，第五战区司令长官李宗仁在他的回忆录中写道：“敌军穷数曰的反复冲杀，伤亡枕藉，竟不能越雷池一步。当时随军在徐州一带观战的中外记者与友邦武官不下数十人，大家都想不到一支最优秀的‘皇军’竟受挫于一不见经传的支那‘杂牌’部队。一时中外哄传，彩声四起。”
然而，毕竟众寡悬殊，激战多日，第3军团还是无法抵挡第五师团疯狗一样的进攻，日军冲入了城里。庞炳勋把身边的警卫都送到了第一线战场，马夫、伙夫、担架兵、运输兵都从地上捡起枪支参加了战斗。庞炳勋身边再无可派之人，他拿着手枪，等着日军冲进来，决一死战。
当时，庞炳勋被压在了城内一角，渐渐逼近的日军的枪声都清晰可闻。就在这千钧一发的时刻，日军的背后响起了密集的枪声，张自忠的59军赶到了。
张自忠的59军是一昼夜急行180里，风雨兼程赶来的。
几乎面临灭顶之灾的第3军团欢声雷动，军心大振。庞炳勋挥舞着手枪高喊：“杀出去！”
第5师团遭受两面夹击，狼狈退出了临沂城。
当时，庞炳勋没有想到，前来救援他的，是张自忠。两人素有仇隙，曾经一度不共戴天。
张自忠和庞炳勋此前都是西北军的旧将，军阀混战时期，有一次庞炳励被困，弹尽粮绝，几乎丧命，是张自忠率队救援了他。中原大战时期，西北军和晋绥军联合起来与蒋介石的中央军作战，庞炳勋阵前倒戈，投降了蒋介石，转身偷袭张自忠，张自忠差点死于他的枪口。张自忠逃过劫难后，曾发誓说：“与庞瘸子这等不忠不义之人，不共戴天，势不两立。”
