就在北沙河和藤縣激戰方酣的時候，在臨城的第二十二集團軍總司令孫震終於迎來了期盼中的湯恩伯第二十軍團第八十五軍第四師師長陳大慶。

第四師先頭部隊一個團已經乘火車到達臨城，孫震要求他們向臺兒莊附近開進，支援滕縣保衛戰。

此時，見陳大慶來到，孫震一邊向陳大慶通報敵情，一邊命令全城百姓家家戶戶做鍋盔，給二十軍團製作軍糧。

第二十軍團是國軍主力，兵種齊全，是李宗仁準備用以消滅南進日軍的決定性力量。

根據李宗仁的命令，要二十軍團派一個師支援滕縣作戰，一個師固守臨城，其餘主力置於臨城東面山地，準備包圍聚殲由龍陽店南下迂迴臨城的日軍。

陳大慶得知滕縣尚在我軍手中，而且二十二集團軍在滕縣城外南沙河尚駐有一個團，在北沙河一線有三個團與敵交戰，感覺事有可為，遂率第四師向滕縣前進。

上午11點，第四師先頭團趕到南沙河的時候，四十一軍一二四師三七二旅已經陷入了與日軍第63聯隊的苦戰中，防線已被突破，部隊隨時就會潰敗。

三七二旅是黎明時分按照王銘章的命令從滕縣撤防南沙河的，說是一個旅，其實就是一個團。部隊剛剛構築好陣地，日軍第63聯隊就趕到了。雙方噼裡啪啦就開啟了。

日軍第63聯隊聯隊長福榮真平大佐見在南沙河一線遇到華夏軍隊阻擊，大吃一驚，知道自己的迂迴偷襲計劃暴露了，慌忙向賴谷啟少將報告，並派出騎兵部隊四下偵察。這一偵察就發現，駐守南沙河的仍然是川軍部隊，兵力有限。福榮真平放下心來，一邊請求賴谷啟呼叫航空兵，一邊指揮炮兵、裝甲部隊實施炮擊，掩護部隊突擊。

福榮真平指揮的63聯隊，配屬有一個騎兵大隊、兩個裝甲中隊、一個炮兵大隊、一個工兵大隊，無論兵力還是火力，都不是三七二旅能夠抗衡的。這一開打，短短兩個小時，只有簡單野戰工事的三七二旅就損失慘重，眼見要不撤退的話，部隊就要被日軍分割包圍消滅在南沙河邊了。

就在這個時候，八十五軍第四師先頭團趕到了。可惜的是，新到的先頭團剛一接敵，就被日軍擊毀了兩輛裝甲車，在日軍飛機的轟炸下，軍心浮動，直接就向東南山地撤退了。三七二旅本來就支援不住了，好不容易盼來了援軍，沒有想到援軍剛剛與敵接觸，就遭到敵機轟炸和炮火襲擊，竟然掉頭撤退。這一下，士氣洩了，三七二旅殘部也就撤出了南沙河一線，向滕縣西面轉移，並向王銘章報告情況。

王銘章接報大驚，南沙河防線失守，滕縣守軍就徹底成了孤軍，忙向孫震發報，通報南沙河失守，二十軍團八十五軍增援部隊轉向東北山地，請求孫震迅速部署臨城防務，並督促八十五軍增援部隊掉頭西返，側擊向臨城攻擊的日軍。

孫震接報後手腳冰涼，因為此時二十軍團八十五軍其它部隊還未到達臨城，臨城只有一個四十一軍直屬特務營，有三個步兵連一個手槍連，靠這點兵力是萬萬守不住臨城的。

孫震忙本想下令北沙河一線激戰的四十五軍一二五師、一二七師迅速回援臨城，命令剛從南沙河撤退的三七二旅迅速北上增援三七0旅，鞏固北沙河防線。但一想，北沙河一線正在激戰，一二五師、一二七師一撤，傷亡慘重的三七0旅、三七二旅根本就擋不住北沙河一線的日軍，從界河來的鬼子和從深井來的鬼子就會合圍滕縣。而且這個時候是大白天，鬼子的飛機如此猖獗，部隊在陣地上還好一點，要是貿然撤退，馬上就會成為鬼子飛機的靶子，隊伍很快就會潰散。沒有辦法，孫震急忙給八十五軍第四師陳大慶發報，要他立即率部隊回防臨城。

孫震的顧慮是正確的，此時的北沙河一線，已經打成了一鍋粥。按早上王銘章來視察時的計劃，是要北沙