就在六十七軍獨立玈在青陽發展的時候休整分兵的時候，日軍集中力量搶修津浦鐵路，津浦路南線作戰的滕縣保衛戰、臨沂保衛戰拉開了序幕。

第十師團師團長磯谷廉介中將是個很複雜的人物。他出生於日本的兵庫縣，和板垣徵四郎、土肥原賢二一同畢業於陸軍士官學校第16期，1915年畢業於陸軍大學，是日軍中四大中國通之一。

但是，與板垣徵四郎和土肥原賢二不同，一是磯谷廉介當時並不想上陸軍大學，而是想來華夏。因為他的岳父、日軍第一代華夏通、日軍對華諜報鼻祖青木宣純曾告訴他，他一生的事業應該在華夏。二是磯谷廉介雖然也是日軍四大中國通之一，但他屬於日軍華夏通中的南支那派，主要研究的是孫中山派系的發展，而板垣徵四郎和土肥原賢二都屬於日軍華夏通中的北支那派，關注的是東北和華北。三是磯谷廉介在任日本駐華公使館、駐華大使館副武官期間，結識了孫中山，對孫中山先生非常敬愛，對委員長卻一直不感冒，而板垣徵四郎和土肥原賢二等北支那華夏通都認為粵省人稱孫中山為孫大炮非常中肯。

盧溝橋事變前，磯谷廉介屬於日軍中不主張擴大事態範圍的那一部分人，但是戰爭一旦開始，磯谷廉介還是披掛上陣，扮演起了急先鋒的角色，從平津一路南下，一直攻佔了濟寧。這一下，讓磯谷廉介頓時覺得華夏軍隊不夠爾爾，原來就知道中國軍隊裝備差、戰鬥力低，沒有想到竟然差到這種程度、低到這種程度。

直到上次會援天津，第十師團先頭部隊在滄縣被四旅騎兵營重創，磯谷廉介才忽然明白，這國軍的教導隊不同於一般的華夏部隊，步兵火力強大，而且擅長使用地雷、炸藥包，他們有一種兵器是專門對付皇軍的坦克和裝甲車的，一炮就能把坦克打成一堆廢鐵。在這支部隊面前，皇軍沒有絲毫優勢。無奈之下，磯谷廉介將被擊毀的坦克直接運回日本，讓軍工人員研究，看能不能知道是被什麼武器擊毀的。

滄縣之戰讓磯谷廉介心生警惕，部隊回防山東後，在對津浦路南段作戰的時候，磯谷廉介就有點謹慎了，不停地囤積彈藥和物資，單是對滕縣的偵察就用了半個月時間。因此，游擊隊破壞津浦路暫時對第十師團影響不大。現在，磯谷廉介已經弄清楚了當面防守的華夏軍隊的番號和佈防情況，知道是華夏軍隊中裝備最差的川軍第二十二集團軍防守界河至滕縣一線，西北軍龐炳勳軍團防守臨沂，磯谷廉介內心的最後一絲憂懼徹底消散了，馬上變得英姿勃發起來，這老鬼子要出手了。

按照第二軍的作戰計劃，第十師團第八旅團賴武平少將指揮補充完畢的第39聯隊配以部分騎兵、工兵、炮兵進攻臨沂，新任第三十三旅團長瀨谷啟少將率第10聯隊和第63聯隊，配以部分騎兵、炮兵、戰車部隊，組成瀨谷支隊向滕縣方向進攻，磯谷廉介率領第40聯隊和師團直屬的騎兵聯隊、野炮兵聯隊、工兵聯隊、輜重聯隊擔任預備隊，其中輜重聯隊確保軍火補給運輸安全。

磯谷廉介對第二軍的作戰計劃反覆研究後，制定了東線牽制，正面迂迴包抄的作戰方案。以賴武平少將指揮第39聯隊指揮皇協軍前進總司令劉桂堂部增援在臨沂方向進攻受挫的獨立混成第六旅團，攻佔臨沂，吸引華夏軍隊馳援，減輕滕縣正面戰場的壓力，然後集中瀨谷支隊強攻界河一線，造成在界河決戰的架勢，趁華夏軍隊注意力集中到界河的時候，留一部分部隊監視界河守軍，瀨谷支隊主力穿插過去，以第10聯隊主力攻佔滕縣，第63聯隊直接迂迴南下，搶佔臨城，打亂華夏軍隊的防守部署，讓界河一線的華夏守軍不戰自潰。爾後，瀨谷支隊全力南下，攻佔徐州。

磯谷廉介打定主意，要以第十師團一個師團之力攻佔徐州，為第十師團的戰旗再添一絲光輝。因此，他在作戰會議上對手下的旅團長、聯隊長