張自忠那種燕趙慷慨悲歌之士的忠貞之忱，溢於言表，使李宗仁大受感動，暗自下決心一定要替他助力。
果然其後，李宗仁在最高領袖的面前大力為張自忠剖白：
張自忠這個人絕不是奸詐之人，是一員不可多得戰將。雖然平津戰事中多有誤解但相信張自忠絕不是當漢奸的人，再說有放棄日本人高官厚祿獨自跑回來戴罪侯察的漢奸嗎？要不然留在平津就行了，又何必潛逃回來被國民指責、輿論斥罵、軍委會核查。
他這個人是個實誠人，是個對國家、對委座的老實人。現在他的59軍部隊尚全師在豫（隨宋哲元、劉峙等撤至河南商丘一帶），中央不如讓張自忠回去帶他的原部隊，他治軍嚴格對手下人親如兄弟在原部隊威望也非常高。
我還聽說軍委會有人建議把張自忠的第59軍撤並接受瓜分了，這是不妥的，不如讓張自忠回去，戴罪立功。否則這支部隊始終是不穩的，受激應變更是得不償失。
老蔣思前想後，覺得李宗仁說的不錯，真如果處理張自忠不妥，使其部隊受激應變，那更是麻煩事情。終同意張自忠返回本軍，第59軍當時編入程潛上將的第一戰區戰鬥序列。
在他人落難之際，卻是與張自忠可以說毫無瓜葛的李宗仁出手相幫。此舉，令張自忠感激涕零，視李宗仁為恩人。在返回河南的原部隊就任之前，張自忠特得拜訪了李宗仁，情真意切地說道：
「感謝李長官的鼎力相助，仗義執言，對藎忱可謂恩同再造。我張某人有生之年，當以熱血生命報效國家，以報知遇之恩。」
這回，第五戰區戰火將至，軍委會一紙調令，將張自忠將軍的第59軍從程潛的第一戰區戰鬥序列調到了恩公李宗仁司令長官的第五戰區，張自忠將軍大喜過望，率領的部隊未及開拔，就先給徐州的李宗仁司令長官致電，向他報到，表示甘願驅奔李宗仁長官手下，報答知遇之恩，正是其時！而第五戰區的李宗仁司令長官平添一份強援，兩人都可謂之皆大歡喜。
所以此刻駐防滕縣的張自忠將軍的第59軍接到第五戰區司令長官部李司令長官的急電，張自忠將軍一聲令下，三萬餘人的第59軍星夜馳援岌岌可危的臨沂城的龐炳勳部，高風亮節的張自忠將軍完全把他與龐老頭的私仇置於腦後。
張自忠將軍率部經一晝夜急行軍，長途奔襲180餘里，提前到達臨沂北部的沂河西岸。這在當時的雜牌軍中絕無僅有，就是在**中也是一個令人瞠目結舌的奇跡。（當然周大少團長的部隊是個例外，在長途奔襲山西聚樂堡日軍野戰機場的時候，他率部創造過一晝夜急行軍兩百餘里的記錄）
已被打得七零八落的臨沂城內的龐炳勳部馬上要求張自忠將軍的第59軍接過臨沂城防。張自忠將軍卻建議龐炳勳部繼續據城堅守，他率部出擊日軍攻城部隊的側後，以攻代守，以解臨沂之困。李宗仁大膽地採用了這個積極的計策，是為英明之舉。
三月七日凌晨，張自忠將軍親率全軍暗暗渡過沂河，以59軍主力38師為左縱隊，主力180師為右縱隊，齊頭並進，留144旅為全軍總預備隊。於當日四時許，展開20餘里的寬大正面，向正在攻擊臨沂城的日軍第五師團的片崗旅團的側背發起了突然總攻。是為第一次臨沂之戰。
正一門心思猛攻臨沂城的日軍片崗旅團猝不及防，被59軍左右兩路縱隊在亭子頭、大太平、申家太平、徐家太平、沙嶺子等多處突破日軍陣地，張自忠將軍所部攻擊勢頭之銳利，讓片岡鍾一郎少將大吃一驚，慌忙放棄正面攻城，與59軍就在野地裡一片混戰。兩軍短兵相接，形成了逐村逐地的肉搏戰。
由於59軍多部插入片崗旅團的戰地中間，這一下子卻陰差陽錯的是充分發揮了西北軍善於肉搏善於近戰的傳統，那一片片雪白閃亮的西北大刀片把失去了重炮、戰車、飛機助戰的片崗旅團的小鬼子兵砍得鬼哭狼嚎。
張自忠將軍本身就是一員虎將，又急於殺敵明志，以血正名，還懷報答李司令長官的大恩之心，因而根本不考慮自身的損失，不顧重大犧牲，下令全軍各級將領全部必須到第一線。很多連、營長都掄起西北大刀片親自上陣殺敵，那幾乎是傾盡59軍之全力發動進攻，都紅了眼睛，也不管是不是一錘子買賣了。59軍在華北平津戰事中的窩囊氣一掃而空！
俗話說，橫的怕豎的，豎的怕不要命的。經一天一夜的鏖戰，也算是頑強的片崗旅團抵擋不住張自忠所部的不顧重大傷亡的拚死進攻，終於慫了，竟被完全擊潰，連一向不會丟下的官兵屍體都扔下七八百具，向莒縣（讀劇）、湯頭一線落荒而逃。
這第一次臨沂之戰，張自忠所部陣亡3000餘人，但是片崗旅團也好不到哪裡去，竟被消滅了三千餘人，其中還包括其11聯隊的聯隊長野裕一郎大佐、年田中佐及一名大隊長。最後小鬼子用大卡車拉回莒縣焚化的小鬼子官兵屍體就達100多車！
這場血戰，不但打退了津浦線北段南路氣勢洶洶地片崗旅團，也是南京保衛戰巷戰後又一場慘烈之戰，震驚武漢：一支地方雜牌軍，一個戴罪立功的西北軍將軍，竟然與號稱日軍第一支機械化師團的精銳第五師團的片崗旅團打出了個令人驚歎的一比一的傷亡比例！並最終在這場戰鬥中笑到了最後。
老蔣親自致電張自忠將軍，嘉勉59軍，並通令全軍，撤消了軍委會對於張自忠的「撤職查辦」的處分。西北好漢就是他媽的有種！張自忠將軍一上戰場就用數千小鬼子的頭顱替自己洗清了冤屈。
見片崗旅團龜縮在莒縣、湯頭一線，第五戰區司令長官部隨即命令張自忠率部向費縣集結，以威脅正從津浦線迅疾南下的日軍第十師團（磯谷師團）。
不料（李司令長官自然不可能像周大少團長那樣對日軍動向瞭然於心啥，否則還讓張自忠將軍跑過來跑過去幹啥子，就等在臨沂揍片岡鍾一郎這個龜孫子就行了），片岡鍾一郎少將認為強敵走了，機會來了，竟然再度西進攻擊臨沂城。
張自忠將軍也不含糊，接令後再度星夜馳援。全軍浴血奮戰，決死衝鋒，再次將魂飛魄散的片崗旅團攆的毛飛，被59軍打得退至湯頭一線，不敢動彈了。是為第二次臨沂之戰。兩次臨沂之戰，中**隊取得勝利，張自忠將軍率領的59軍居功至偉。
一驚一喜，又一驚一喜的張自忠將軍的老冤家龐老頭戰後對人心悅誠服地感歎道：
「張藎忱在危難之際，不計前嫌，為人光明磊落，真是令我龐某人愧活了六十多歲喲！」
後中華民國的戰史高度評價張自忠將軍：
「無張藎忱，則無臨沂兩次大戰勝利，而臨沂之戰的最大收穫，就是當片崗旅團、磯谷師團在台兒莊會師的企圖徹底被粉碎。從而造成台兒莊大戰時，磯谷師團孤軍深入為我圍殲之契機。無張藎忱臨沂之戰的勝利，斷無其後台兒莊大勝也！」
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