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虽然日军一万多枪械和几百门掷弹筒等轻炮拼命发射，致使**在接近日军阵地的几百米距离内倒下一批又一批将士，但数量处于绝对劣势、又缺乏重武器支援、中轻武器被压制、又缺乏防御工时的日军终于陆续被**在火力上压倒。不可避免的，一个师一个师的**进攻部队冲进了日军分散部署的2个防御阵地中，很快到处都是数千乃至上万**围着一千多日军厮杀。眼见因为防御地域过长只能分散防御的阵地就要崩溃，急的满头大汗的安井藤治收罗了两支预备队投入中部第4联队和靠沂河的第0联队区域，前者是以第2骑兵联队残部为核心的、配有十几辆战车和装甲车的支队；后者是以刚过河的4师团02联队为主的步兵大队。
很快，第2骑兵联队就替设计他们编制的将佐付出了代价，装甲中队、摩托车中队、骑兵中队，再加上配属给他们的步兵大队混乱的、难以协同的行进受到了枪林弹雨的洗礼，陈烈率领第4师用机步枪、迫击炮和高平两用7炮将不能和来不得趴在地上的人和物全部打趴在地上后，日军还能动的官兵一溜烟窜回了陇海铁路附近垃圾堆中的第2师团指挥所报丧。于是第4联队和更西面的第29联队的命运就决定了，6个大队步兵、各直属中队及各单位找来的一些散兵游勇一起被罗卓英指挥军和54军打的只剩第29联队一部分逃到第20师团处避难，而第4联队则被打的找不到影子。
第02联队的反击依仗沂河以东的炮兵支援打的自是颇为顺利，尤其是他们的进攻路线正好避开了东北兵团的主力第7军，一路攻击前进将第9师的进攻队伍击退，导致王东原的侧翼暴露，湘军虽然勇悍但毕竟是地方派系不免暂时收缩掩护侧翼，一时居然拖住了东北兵团一半攻势。气的薛岳也来不及投入预备队，直接下令宋希濂加强攻势，一时间三大德械师火力全开，这支此时本该元气丧尽的抗战前夕**第一强军再次发威，仅仅20多分钟内就接连报告击破第6联队个大队阵地。于是第2师团的抵抗彻底崩溃，安井藤治在如潮的**到达前狼狈不堪的放弃垃圾堆司令部跟着第0联队残部和第02联队向沂河渡口逃去，把一线第、4、20师团，加上正向南防御的第2师团主力一起陷入尴尬的境地。特别是侧翼暴露的第20师团，被西、北、东三面夹击打的连连后退，川岸文三郎眼见势危，只能抛弃最北面的第7联队夺路而逃。
不过此时跟他们仅仅是尴尬相比，部署在沂河至沭河之间的河村恭辅已经在叫救命了，不但如此，面对李品仙率领的7万桂军犀利的攻势，河村还把第66联队扣了下来填补防线的缺口，甚至想把警备沂河渡口的第24联队及几个高射炮队也挖去担任地面防御被多田骏制止。即使得到援军，本就疲惫且伤亡颇重的第师团也在7军和4军夹击之下只能不断放弃局部阵地做且战且退的行动，随着军发力，主力纠缠于7、4军当面的第师团更是吃力，局部甚至被压退到铁路线附近，不少来不及撤退的日军辎重也受到波及，不断被**击中起火甚至发生爆炸。
对日军来说，此时更危险的是沭河以东，蒋鼎文和孙连仲南北两路十几万大军夹击之下，下元熊弥连抵抗的想法都没有就直接下令撤退，而沿陇海路直接警备状态的第0师团连撤退都难以进行，结果只能是一拆为二各奔东西，东面第04旅团等部丢盔卸甲逃进了海州，西边下元率领其余部队一退退到纾河边坚守桥头堡，而中间来不及撤退的部队则很快就被各路**迅速划分。
“冈村君还能指教一二吗？”望着吵闹到已经乱的像菜市场的方面军司令部，多田骏还算冷静的询问。
冈村宁次沉默许久终于说到：“收缩防御，坚守阵地，等待东久逊宫殿下北上和国内派遣援军。”
“不试一试反击？”
“这一战我们输不起；当面华军的战力远超过我们的预计。”
多田骏也沉默许久才说：“那好吧，按第三方案收缩防御怎么样？”
“第三方案？但愿。。。”
下午5时，早已得到命令的各路日军在陆海军航空队极力掩护下同时向沂河和沭河间预定地区撤退。这是艰难的撤退，纵使大运河和沂河间最大一股日军也在20多万**强攻之下丢盔卸甲不断实施‘断尾’战术才能勉强保持阵型；只有沂河和沭河之间，日军为保持部队完整，河村恭辅得到预备队第5师团增援对桂军发起反击、逐渐稳住阵脚；新桂系部队勇敢是勇敢，然终究还是被白崇禧和日军教官练废了，大量将士勇猛冲击日军密集防守、在密集火力扫射下白白死伤，而操纵中轻型迫击炮的新手们却屡屡无法有效击中目标；7军和4军的老兵们虽然依仗娴熟的技战术和数量优势屡屡突入第师团的阵地，但都被日军的反击轻易摧毁。桂军将领越打越急，不断投入新的兵力加强进攻，战死的将士在日军阵地前沿逐渐堆高；后方中央配属的重迫击炮不顾日军天上地下越来越大的威胁打了一个又一个齐射，不断有炮弹和炸弹命中双方的炮兵阵地引起一连串爆炸，天上还不断有双方的战机坠落引起一次次剧烈的烟火升腾；虽然双方支援火力不断削弱，但双方的步兵依旧不断拥上一线，第和第5师团联手对抗新桂系主力打的难解难分，但桂军依旧无法形成大的突破。
**的部署不当后果也终于显现，蒋鼎文和孙连仲两路主力已会师在陇海路上暂无事可干，而东西两边的**却在浴血奋战缺乏及时的后续增援；特别是东面的张自忠拼的更是辛苦，所属4个军虽有2营中央军炮兵支援但还是被绝对优势的日军重火力压的喘不过气来，仅靠步兵不断拼死推进，而担任正面防御的又是日军中最能防守的第4师团，坚固的野战阵地、熟练的技战术，精确的射击和炮轰，不断侵吞着西北军的有生力量；结果出死力的59军和中规中矩的77军打的损失惨重也未能拿下第4师团的主要阵地，而石友三只发力攻了一波未克就转而敷衍了事，刘汝明见状随之效仿，导致东面的进攻逐渐停顿下来。
直到此时蒋、白等人才发觉部署错误，赶紧下令孙连仲率己部及蒋鼎文一部东移支援张自忠，蒋鼎文则西进攻击还在沭河以东的下元熊弥，然许多部队距离攻击目标还有十几、二十几里，转移进攻都需要时间，关键的时间。
夜色逐渐降临，损失惨重的双方战机群不约而同撤离了战斗，空中的硝烟是平息了，然地面上的战斗还在持续。
最西面，双方数十万主力在沂河西岸血战，吴奇伟在西南、罗卓英在西北联手狂攻正在东撤的日军主力，而薛岳在正北竭尽全力向南突击，试图截断沂河上的浮桥群，然第2、4师团残部，再加上刚赶到的第2师团一个支队为主力安危极力抵抗，双方在昏暗中都是死战不退，**依仗着数量优势不断投入刚赶到战场的新锐部队，压的日军逐渐后退，最北面的浮桥已经在**冲到之前爆破破坏，眼见形势危急，多田骏咬牙下令全区域无差别射击。顿时，各个方向上数百门大炮一起向着沂河西岸边中日双方激战的地方开火，数以千计的炮弹连续不断的剧烈爆炸将双方正在拼杀的、毫无遮掩的将士一起覆盖并逐渐向北延伸。
沂河和沭河之间的战事也出现变化，白天损失惨重而战果寥寥的桂军因为黑夜的到来反而发挥出其近战强悍的特性，而日军因为黑暗、火力的精度乃至强度都骤然下降，一升一降的结果是固然日军是第、第5师团联手，而0个师桂军一起上阵（虽然有多个师已经损失过半）也有多路终于成功突入日军阵中，接受过同样训练的双方立即施展同样的拼刺技术混战在一起，只不过这场短兵相接很快就变成桂军发起的手榴弹互掷；爆炸不断将双方炸开又聚拢，死伤都是直线上升。
沭河以东，为保留桥头堡，日军投入最后一个预备队、刚重建完成的第09师团，谷口元治在第0师团主力协同下发起反击，蒋鼎文率领第2、52、75、5军施以对攻，双方迅速混战在一起；汤司令坐冷板凳、胡宗南也暂时靠边站，剧烈刺激了嫡系将军们的神经，0万装备精良、训练有素的中央军精锐拼命起来还是很具威力的，何况日军除桥头堡附近外，连像样的野战工事也没有，09师团又是重建的新兵师团，纵使从各部队抽调来的职业军官和军士们能打，充斥着低级别预备役士兵的部队在黑暗中混战是无法发扬战斗力的；结果只能是被打的节节败退，以比0师团更快的速度一路退回进攻发起线。