5日拂曉時，進入郭裡集的第52軍第25師第75旅之一部與日軍沂州支隊的先遣中隊相互發明。第52軍軍隊立即將碉樓包抄，並調來炮兵停止進犯。經戰役後，該日軍中隊大部被殲，僅十餘人突圍逃至棗莊。棗莊日軍沂州支隊在第25師圍攻其先遣中隊時曾派出數百人打擊郭裡集，詭計救濟，被第25師擊退。第52軍的第2師從鵓鴿窩向棗莊打擊，但被擊退。湯恩伯率第85軍主力仍在抱犢崮山區按兵不動，僅令派出1個旅與第52軍協同作戰，而該旅僅派出1個團、該團又僅派出幾個排的兵力在棗莊核心停止了襲擾性進犯，然後又退回抱犢崮山區中。

第2個人軍總司令孫連仲，第2個人軍第119師，炮兵第10團2個連，戰車防備3個連，重迫擊炮2個連。

當津浦路北段日軍開端由鄒縣南進時，軍事委員會除將湯恩伯第20軍團轉移於第五戰區外，3月14日又將軍事委員會直接把握的孫連仲第2個人軍轉隸第五戰區。李宗仁在臨城失守時決計集合兵力將向津浦路南進的日軍圍殲於臨城以南地區。3月19日製定了作戰號令，21日報請蔣介石考覈。其關於津浦路正麵作戰的首要內容為：“(1)臨城、嶧縣、韓莊間之敵約步兵三聯隊、馬隊1聯隊、炮兵1聯隊、坦克車五六十輛，自14日以來，在界河、滕縣、南沙河及臨、棗各地與我鄧個人(指第22個人)及王軍(指王仲廉第85軍)苦戰，現分部南進，已達韓莊及嶧縣四周，其主力似尚在臨城。(2)戰區以光複魯中泛博地區為目標，以一部在運河之線取守勢防備態勢，以主力由嶧縣東南及東北山地，側擊南下之敵，聚殲於臨棗支線與韓莊運河間地區。(3)各軍隊之擺設及任務如左：甲、湯軍團新配屬31師(欠110師)，應集合主力於嶧縣東側及棗莊西北方焦山頭四週一帶山地，於3月20日(後改成24日)拂曉全線開端進犯，務先擊破嶧、棗之敵，向臨城、沙溝兩地四周側擊，壓迫敵於微山湖東岸而毀滅之。其一部集結於台兒莊北方地區，籌辦對嶧縣及其西北地區合力於主力作戰。乙、孫個人軍新配屬110師(欠31團)，應以一部在侯新閘以西運河南岸防備，待機渡河北進，主力控置於賈汪四周及荊山、茅村鎮間”。蔣介石於當日21時覆電，原則批準，但對其擺設作了修改，唆使：“(1)湯軍團收支運河後，以約兩師對嶧縣方麵佯攻，以三師由嶧縣以東梯次迂迴求滕縣以南亙嶧縣間敵之側背進犯之。(2)張軫師(指第110師)及獨44旅歸孫仿魯(孫連仲)批示，守備運河。(3)孫仿魯部兩師集結徐州待機。(4)張自忠軍(略)。(5)孫、曹(指孫桐萱、曹福林之第3個人軍)反擊軍隊，除以主力向鄒縣、兩下店間地區挺進外，另以兩團由汶上方麵向肥城、大汶口挺進遊擊，限宥日(26日)達到，準予賞格。萬一敵有聲援隊由濟寧反擊時，除守勢軍隊極力禁止外，其反擊軍隊仍須在鐵線路上遊擊，不得撤回運河西岸。”