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5月日凌晨4时陇海路北侧，在半夜就开始的隆隆炮击声掩护下，第4、20师团在此发起了黎明前的袭击。上千名日军使用轻盈的橡皮筏无损渡过百余米宽的沂河，日军的第一批伤亡是踩上幸运的躲过炮弹和炸弹清洗的地雷引起的，二、三百米外依稀可见的**‘大堤’式阵地一枪未发，景象十分诡异，让有经验的日军不由自主想起或华北、或江南遭遇的类似诡异；橡皮筏和折叠舟飞快的来往于百米水面运来了第二波日军，然第一波日军的前进速度却异常缓慢甚至停滞不前。
眼见河边越来越拥挤，第5和第79联队的一线部队长纷纷发觉不妙，但谁都不敢当出头鸟先冲上除一些弹坑外几乎平整的**阵地前送死，只能尽量向两侧延伸。就在此时，**纵深的20重迫击炮开始射击，虽然数量不多且部署分散，但迫击炮的高射速、顶杀伤及战前精确的测位，很快就把大批炮弹准确的砸进河边密集的日军队伍中；随着爆炸不断将死伤的日军官兵抛起，不少日军只能硬着头皮爬上河岸，奇怪的是昏暗中两、三百米外大堤内的**只有零零星星的步枪射击，见前面的战友平安，越来越多的日军跟着爬上河岸；后方见前队前进，早已等的不耐烦工兵们划动橡皮筏和折叠舟开始第三波渡河。
在东岸临时联合指挥部里，川岸文三郎跟井关隆昌对视一眼都发觉不对头，赶紧分头下令第20、26野战炮兵联队对准登陆日军主力对面的正面大堤急速射加持续射。即使如此，当**大堤中的轻重机枪在后方各种迫击炮掩护下对着密集的日军开始倾泻子弹的时候，日军的野战炮根本封不住坚固工事内的**火力，于是除躲进弹坑或及时退回河边的日军外，**在阵地前迅速制造了一场屠杀，上百上千的日军被打倒在血泊里，压的其余日军全部退到河边趴在地上躲避。
见袭击失败，日军各重炮联队恢复了覆盖式炮轰，又整整打了一个多小时，密如暴雨的炮弹和炸弹反复扫过沂河西岸后，随着大批折叠舟被推下河，在晨光中，第、4、20师团在爆炸声中发起了第一波强攻。西岸可见、可疑的目标天亮后都被日军用直射重炮或轰炸机反复清理了；不过担任守备的王瓒绪（历史上此时王本人不在，由许绍宗代理）第29集团军主力也未部署在目标明显的河岸附近。坚固的工事避免了绝大部分日军重火力的杀伤，但正对陇海路的局部还是被日军主要火力重点‘照顾’而炸的七零八落，几十米‘大堤’被反复攻击炸的几乎丝毫不剩，两侧各几十米内也只剩残骸。
日军第一批部队登上西岸后并未立即向几百米外的**主阵地发起冲锋，而是就是挖掘掩体、展开防御；东岸各工兵联队则迅速开始构筑浮桥。就在**侦察机通场掠过沂河后不久，**的炮击甚至轰炸就不断击中浮桥架设河段，日军也不甘示弱立即反击，双方围绕浮桥大打出手。日军在重炮和战机上占据数量优势，但**阵地就在几百米外，且有坚固的防御掩体，依仗优良的地面防御和空中俄制快速轰炸机的敏捷，不断击中多座浮桥，但日军丝毫不顾损失继续抢修，被**炮弹或炸弹击中炸伤就再修，才百多米的宽度很快就将多座浮桥延伸过沂河河面。
虽然局势危急，但限于重火力处于较大劣势、此时**根本无法跃出阵地发动反击，所以许绍宗和廖震（代理44军军长）也只能待在地下指挥所里坐等日军的强攻。不过各炮兵部队还是很给力的连续数十次击中建筑中的浮桥，而空中的轰炸机更是几次将浮桥炸成两截。但陆军和空军毕竟限于重武器规模，即使齐心协力也无法阻止日军的筑桥工程逐步完工，
上午9时余，随着几座轻型浮桥先后完工，第2、50、7联队大批日军迅速过河；而此时西岸，已经过河并等待多时的第、59、77联队终于发起了地面进攻。
当面的**已大部分被日军的反复轰击摧毁，但剩余的正面火力点及基本完好的侧射火力依旧不容忽视，子弹和炮弹都暴雨般扫过冲锋的日军，将其像麦穗一样割倒，然后面的日军毫不畏惧继续前进，两三百米的距离很快就被成千上万名日军冲破，杨勤安和张竭诚率领50、62师竭力抵抗还是逐渐不敌，靠近陇海路的主阵地被日军逐步侵占，**的第一道防御崩塌了。
激战一个多小时驱逐和消灭了西岸铁路附近的**防御部队后，**的火炮对浮桥的威胁明显下降，而空军为保存有限的快速轰炸机群也暂停了损失较大的对浮桥空袭，日军第机动工兵联队乘机完成了重型浮桥的架设，随着就是第战车团的数百台装甲车辆隆隆过河，很快整理队形、在过河步兵掩护下发起了新一波进攻。
陇海路从沂河到大运河总共不到40里，车辆沿铁路两侧平坦的大路迅速前进不用两个小时就到；不过此时只前进数里就陷入雷场和川军第二道阵地，幸好之前的长时间炮击和轰炸已经引爆了大部分地雷、摧毁了许多工事，又有大批步兵在前开路掩护，第战车团迅速切入**阵地纵深继续前进，个多小时后就推进0余里接近炮车，为等待步兵暂停前行。
午饭后战斗持续，虽然两道线式阵地后**来不及构筑新的坚固阵地，但分散构筑的大量小型掩体给44、67军官兵提供了一定的防御，小到单兵掩体、大到一个重机枪堡，加上密密麻麻的地雷，不断给想到达大运河的日军带来死伤；眼见人员伤亡和装甲车辆损失每前进一步都在增加，大队日军的攻击阵型在不知不觉中逐渐收缩到陇海路两侧狭窄区域。**侦察机掠过战场得到的及时消息使周志柔来不及向老蒋报告请示就咬牙下达了轰炸命令。
20多分钟后乘着日军大部分战斗机和高射炮还在严密保卫沂河上的诸多浮桥，中国空军第、第2大队50余架俄制快速轰炸机呼啸而至；在精贵的第战车团上空掩护的日军95式战斗机队立即迎战，但众寡悬殊加上俄制轰炸机不差日军战斗机的高速，纵使**战斗机还在远处未及参战，这一队日军战斗机也只来得及给快速通场的**轰炸机群造成几架被打的冒烟的结果，于是000多枚25公斤炸弹沿着陇海路两侧纷纷落下，在几十秒内给日军唯一的装甲部队带来惨重的损失；等几分钟后大批日军战斗机从十几里外的沂河边杀到，丢掉炸弹的绝大部分sb2轰炸机已经开足全力、以比日军战斗机更高的速度成功跑路了，只留下沿着陇海路两侧冒起两长串‘火炬’，其中数十台是各式坦克和装甲车、其余则是伴随其间的卡车及倒在地上的日军官兵，安冈的小轿车也在其中，不过他本人有幸在被炸前被副官拉出车外及时逃脱，此刻正抬着灰头土脸、破口大骂头顶上姗姗来迟的陆军航空兵。
日军仅有的装甲部队遭遇沉重打击的消息很快传到双方的司令部引起截然不同的反响，负责空中掩护的寺仓（第飞行团指挥官）立即遭到多田骏、冈村宁次等人的责骂，并迫使他们投入更多的步兵代替已被削弱一半的第战车团继续进攻；而九里山老蒋那里，周志柔也仅仅得到一个‘好’字，而且还留下‘下次不可如此莽撞’的尾巴，弄的空军上下都窝囊的很。
（当时日军装甲部队编制是：4－5辆坦克或装甲车组成小队、一般个小队组成中队、5个中队组成战车联队，2－个联队及独立中队组成战车团。实战中安冈第战车团当时部署在东北，辖第、4战车联队等单位）
日军整顿及等待后续部队上前部署后于下午时40分再次发起进攻，一举攻克只有寥寥无几**防守的炮车镇，给日军步兵带来较大损失的是地雷；而日军剩余可用的装甲部队组成三个支队分散开来暂时配属给三个师团，安冈则带领工兵部队和维修分队在原地当起了修理工。
春末的微风中，在午后不断向东南方移动的白云笼罩下，第、4、20师团7万多官兵沿着被彻底破坏的陇海路离开炮车继续西进，许绍宗和廖震率领川军及配属的部分中央军机炮分队继续依托分散的小型掩体组成的式火力阻拦日军的推进，战斗并不激烈但连绵不断。