张宗衡旅长见状，忙把他拉了回来，劝道：“应把部队收容好，整顿一下再拼也不迟嘛。”
次日一早，张自忠命独立三十九旗撤至一八○师师部楼村附近休整，战斗由张宗衡部接任。
张宗衡旅长迅速调整部署，令杜清岭的六七六团占领陈庄，旅部移住范庄，范绍祯之六七八团仍据守展庄。
5月1日中午，我军阵地工事尚未筑好，日军已向展庄发起攻击。展庄战斗打响。敌人利用麦秆隐蔽潜近展庄，我村外东西两侧守军死伤甚重，被迫退入展庄村内，依托房屋和院落奋勇抵抗，几次击退进犯的敌人。
5月2日至 3日，日军攻势更猛炮火更烈。我军沉着应战，待敌冲到距阵地三四十米处，方以步枪、机枪火力和手榴弹杀伤敌人，打败了敌人一次又一次的进攻。
3日下午，张自忠骑马赴前方视察战况，途中遇见由前方撤下来的伤兵，他下马关切地探视了伤兵，又询问了前方的情况。突然，远处的村庄燃起大火。他估计展庄已失守，吩咐伤兵赶快撤离，自己则带领随从飞骑直奔前方。到了范庄，方知刚才是一场虚惊，展庄仍在我军控制之下。
张宗衡旅长向他汇报说：“这次弹药充足，近战全凭手榴弹。敌人就怕咱们的手榴弹。官兵们有信心打退敌人。”
正在说话之间，电话铃声急促地响了起来。是范绍祯团长从展庄打来的电话：“我军官兵伤亡甚重，请求增援。”
张自忠亲自与范团长通话，勉励他坚守阵地。同时令张宗衡速派援兵，张旅长立即命陈庄杜清岭团长派一营向攻击展庄之敌右侧背展开攻击，并派旅部特务连绕到敌左侧背发起进攻。
日军在我三面夹击之下，伤亡惨重，狼狈而逃，大量武器弹药被我军缴获。其中还有骑兵在马上使用的掷弹筒。张自忠对这些战利品颇感兴趣，令随从带走了两门。
5月4日，日军将数门步兵炮推进到展庄东北角约百十米处，向我军猛烈轰击。围墙倒坍，村内碉楼上层也被炸毁。敌步兵在炮火掩护下冲入村内，我军奋勇还击，同日军拚起剌刀，展开白刃战。
张自忠得知展庄危急，令刘振三师长亲往督战。
此后我军采取了一种新战法，各营按敌占院落分配任务，先将入村之敌分别压缩在几个大院内，然后向院内猛投手榴弹，最后由挖好的墙洞突然冲进院内，消灭敌人。这一招出敌意料。效果很好。
我军越战越勇，村内外七个营一齐夹攻，攻入村中的日军几乎大半被消灭，日军抵挡不住，残部向马家湾溃退。
5日拂晓，100余名日军在炮火掩护下又一次冲入村内，又被我歼灭大半，残敌逃跑。日军久攻不下，于6日拂晓，乘浓雾悄然退走。
至此，历时五天的展庄战斗胜利结束。此战，我军依托工事和村落，以较小的伤亡歼敌近600人，缴获三八式步枪300余支、轻机枪十余挺、烧夷弹炮四门、战刀十余把、掷弹筒六具、呢大衣100余件。
以上武器主要装备了一八○师输送营。
这次战斗，祁光远旅长由于丢失冯庄，被张自忠撤职，由特务团团长安克敏接任独立三十六旅旅长。
展庄战斗的胜利，堵住了日军南下的通道，挫败了日军南下邳县截断我陇海路对中国军队实施包围的企图，有力地策应了汤恩伯第二十军团的作战。
展庄战斗后不久，五十九军奉命调往徐州西南卧牛山及其以南地区集结待命。展庄一带的防务，交由樊松甫之第四十六军接替。
四十六军官兵接防以后，对五十九军所构筑的工事“极表钦佩。”
五十九军在展庄战斗获胜后，仍未得到休整、补充，却又一个十分严峻的考验，又在等待着张自忠和五十九军官兵们。
