進攻汶上城，一度攻入北關，受日軍猛烈火力襲擊，傷亡甚眾。由於濟寧方面的第64旅已撤回運河西岸，第81師亦主動撤至開河鎮附近，沿運河之線防守。

2月17日，日軍第2軍參謀長鈴木率道少將按照軍司令官的意圖，指示第10師團師團長磯谷廉介，令第8旅團旅團長長瀨武平少將指揮以步兵約4個半大隊、山炮兵1箇中隊為基幹的“長瀨支隊”，於20日開始向運河防線的中**隊發起進攻。經5日戰鬥，25日日軍突破運河防線，26日攻佔嘉祥。日軍佔嘉祥後留一部兵力防守，主力集結於濟寧。

第3集團軍在逐次抗擊後，撤至鉅野、獨山鎮、大義集、孟家屯、相里集之線防守。

在第3集團軍向濟寧、汶上進攻的同時，第22集團軍也開始向鄒縣之敵實施進攻。

第22集團軍於1938年1月上甸由隴海路的商丘、碭山地區轉移至滕縣、臨城地區，以阻止因韓復榘擅自撤退而得以輕易、迅速進至鄒縣地區的日軍。

第45軍的第125師在界河東西之線佔領陣地，第127師隨軍部控制於滕縣地區，第41軍、第124師的第372旅擔任滕縣城防，第370旅配置於滕縣西北的深井掩護第125師陣地左側背，師部位於利國驛；第41軍第122師為總預備隊，隨總司令部位於臨城地區。當時鄒縣日軍為第2軍第10師團第33旅團的第63聯隊，有1個大隊在兩下店佔領前哨陣地。

2月上旬，第22集團軍接到向鄒縣之敵進攻的命令，孫震立即開始準備。

此時，第22集團軍借為四川部隊，總司令鄧錫侯。1938年1月，川康綏靖主任劉湘逝世，鄧錫侯奉命回川繼任。第22集團軍副總司令孫震代理總司令。下屬2個軍，均為乙種軍。全集團軍共有16個步兵團，無特種兵部隊，總計約4萬餘人。裝備陳1日，主要武器為四川造7。9毫米步槍及手榴彈，僅有少量四川造輕機槍及迫擊炮。本來兵員就不足，1937年10月至12月在晉南戰鬥中損失慘重，減員過半，2個軍的建制均不完整。調第五戰區前，12月在山西離石、趙城一帶曾進行整編，每旅2個團合編為1個戰鬥團。調第五戰區時，每軍在番號上仍為2個師、4個旅、8個團，但實際只有4個團的兵力，全集團軍總兵力不超過2萬人。

由於該部減員太多且裝備低劣，無力組織大規模的進攻，因此令第125師的第737旅由界河進攻兩下店，令第127旅的第575團挺進至鄒縣、曲阜間，在敵人後方進行遊擊襲擾。

2月14日，第737旅以第746團、配屬地方抗日紅槍會數百人擔任主攻，以第745團佔領鐵路及郭山進行掩護。第746團命第3營對兩下店實施夜襲。兩次襲擊均被擊退。16日下午，又以第1、第2營實施強攻，以第3營為預備隊。經激烈戰鬥，於傍晚衝入村中，佔領了兩座樓房。但在日軍猛烈的火力襲擊下傷亡過半，被迫於拂曉前突圍，退至郭山。17日14時，兩下店日軍開始反擊。在進行了反覆爭奪後，第737旅於18日退至香城、普陽山一線，與日軍對峙。

奉命滲入敵人後方的第575團，在當地抗日武裝及人民群眾的積極配合、支援下，於2月11日進至曲阜以南的九龍山一帶。14日，在鄒縣至曲阜公路兩側的小雪村、鳧村附近，先後以伏擊戰消滅了兩批日軍，擊毀汽車4輛，擊斃日軍第10師團少將軍官1名、士兵30餘人。15日，日軍由曲阜、鄒縣對進合擊。第575團東撤至距鄒縣約16公里的田黃鎮，爾後返回滕縣防地，歸還建制！

龐炳勳的第3軍團於1938年2月上旬從海州調至臨沂，中旬集結、佈防完畢。日軍第5師團於1月4日攻佔蒙陰、沂水，10日攻佔濰縣。同日日本海軍登陸佔領青島。此時諸城亦為日軍佔領，第3軍團未能實施攻勢作戰即構築工事，向蒙陰、沂水、諸城方向警戒。

2月21日，日軍第5師團依照軍參謀長17日關於以1個支隊配合第10師團的作戰、向沂州方面前進的指示，派第21旅團的第21聯隊由濰縣乘車南下進攻莒縣。當時菖縣地區僅有劉震東的第一遊擊隊及沈鴻烈的海軍陸戰隊，力量不足。第五戰區遂電令第40軍派軍支援。龐炳勳乃令第115旅配屬2門山炮往援。該旅於2月26日到達莒縣附近，但莒縣已於23日失守，劉震東犧牲，海軍陸戰隊已轉移至高裡附近。這時日軍以坂本順少將的步兵第21旅團為基幹組成的坂本支隊正西進準備進攻臨沂。

坂本支隊的編成為：步兵第11聯隊，步