13日，张自忠召开营以上军官作战前动员。当他问及各部还有何困难，一八Ο师一个军官风趣地说：“军长，临沂这一仗咱们可有四难呀！”
“ 哪四难？你说说。”
“一难友军是冤家，二难对手太强大，三难师长不在队，四难补给真叫差。”
张自忠一听，笑着道：“你说的不错，不过这四难也难不倒咱五十九军。这一难嘛不管怎么样，友军是冤家也要合作，冤家宜解不宜结嘛。更何况公私要分别，我们以德化之就是了。这二难，日军第四师确实是日军的‘王牌”，可咱们五十九军也不赖嘛。敌人再强大也不要怕，他那师长板垣征四郎，我同他打过交道，我可以不客气的说，我张自忠不怕他！五十九军的军长不怕日军第四师的师长，我不信，五十九军的官兵反到过来会怕日军第四师的官兵了！五十九军的官兵都是孬种吗？（下面高声回答：“不是！”）对，不是孬种，凭什么会怕他们呢！这第三难么，刘师长还得你们派人去接一下，跟他说清楚，再怠命闹情绪，我就要军法从事了。至于第四难，因为咱们的补给仍由第一集团军转拨，先前领的一点淮河作战就用光了，又不便向上开口，的确有困难，不过大家放心，可以暂向临沂的士绅们借一点。没有钱照样打仗，还要打胜仗！只要咱们发扬近战、夜战的长处，就一定能够打垮板垣，为中国军队争气，为中华民族争光！日本人不是嘲笑咱们中国人有文德，没有武德，女人死节者多，而男子捐躯者少吗？这一回，咱们该让鬼子瞧瞧啦！”
动员会还没有结束，一个身材壮实的军人走了进来，向张自忠立正敬了一个军礼：“报告军长，一八○师师长刘振三归队向你报到。”
张自忠还了一个军礼：“你‘病’好了？想通了？”
刘振三：“报告军长，我病好了，但还没有想通。”
“没想通你怎么来了？”
“没想通归没想通。可咱五十九军到临沂来是打鬼子的。一八○师全来打鬼子来了，我刘振三可不是孬种，咋会不来打日本鬼子呢！我这个当师长的可不能给一八○师抹黑呀！再说咱五十九军没有一个孬种，刘振三可不能给军长给五十九军抹黑呀！我来晚了，你们都把鬼子杀光了，嘿嘿，我杀啥！？”
张自忠心里在暗笑，可脸却绷得紧紧的：“好吧，我正告诉你们师的人，去‘抓’你归队哩。我告诉他们，你再不归队，就要军法从事。你既然赶来了，那你归队吧！要是这一仗你刘振三给我装了熊，看我不扒了你的皮！”
“是！”刘振三敬了个礼：“俺刘振三的皮不会让你扒掉的。”
当时，除临沂正面之敌外，汤头有敌人的兵站；柳树头、沙岭子有敌人，数目不详；大太平、小太平、李家太平、许家太平，共有敌人数百名；停子头有敌人200余名，陈家太平有敌人数百名，停子头至临沂东关外附近村庄都有敌人，数目不详。
一一四旅旅长董升堂建议说：“现在敌人在临沂城与庞军作战，我军不宜参加临沂城的战斗，应采取古人‘围魏救赵’的战术，直捣敌后方策应源头汤头镇，使敌人腹背受敌，临沂之围自解。”
他们计划向敌人发动攻击，却不料敌人到先动手了。
13日，日军第二集团军司令官西尾寿造，命令第十师出击大运河以北的中国军队，第五师迅速攻占临沂，尔后进至峄县附近，以策应第十师作战。因此，板垣加紧攻势。
张自忠正召集全军营以上军官正布署作战方案，突闻东方传来剧烈炮声。日军已由余村方向向庞军炮击，随后步兵在炮火掩护下发起猛攻，庞军难以抵挡，日军逐渐向临沂接近。
张自忠立即命令各级指挥官回营准备。
如何应付目前的局面，张自忠与参谋长张克侠紧急商量后，与庞炳勋接通电话。张自忠道：“庞军团长，我就不直接增派援军了。贵军可以徐徐后撤，诱敌深入。这样日军的右侧翼就暴露在五十九军的正面，对我们是有利的。”
庞炳勋采纳了张自忠的意见，一边抵抗、一边徐徐退却。
当晚，日军先头部队已进至芝麻墩、兰墩和宋家埠一带，距临沂城仅三公里。
13日下午，胡定芬及《扫荡报》记者张剑心、《武汉日报》记者李君齐到五十九军军部采访。话题自然离不开眼前这场大战。
张自忠兴致勃勃地对他们说：“很感谢你们到前线来。部队上知道有新闻记者在前线，都很紧张。这比中央派来督战官的效果还来得重大呢！”
记者们请他预测战役的胜负。张自忠很坦率的回答：“这次攻击是成功，还是失败，现在没有把握。板垣的部队实力很强，不过我将尽全力去做，以求良心之所安。”
吃过晚饭，张自忠催促3位记者离开：“这里明天就要打仗，你们赶紧回临沂城去。”
张自忠的表情很严肃、悲戚，突然冒出一句：“我希望这次在沂河战死！”
这话使三个记者很吃惊。尤其是胡定芬，这已是短短一个月中他第二次听见张自忠说“死”了。
大家都只能在心里为张自忠祈祷平安。
经过紧张布署，到13日午夜，五十九军各旅都已进入阵地，具体布署为：
三十八师（缺一一四旅）为左翼，沿角沂庄、曲坊、白沙埠、朱潘、余粮、小安子等村展开，攻击目标左起汤坊涯、白塔，右至沙岭子一线；一八○师为右翼，展开于宋王庄、北十里堡、谢家宅、邵双湖一线，左接三十八师沙岭子，左至柳杭头，攻击目标为停子头、郭太平、徐太平。全军正面攻击战线达十余公里。
