图强行通过临沂防地向台儿庄进攻。先后占领了汤头以南沙岭子、白塔、太平、亭子头等村庄，以优势兵力围攻守军第40军的5个团。庞部以誓与临沂城共存亡的决心，利用沂河这一天然屏障，集中火力与敌血战数日，渐感不支。这时适接李宗仁复电：“临沂为台、徐屏障，必须坚决保卫，拒敌前进。除已令张自忠部前往增援外，并派本部参谋长徐祖诒前往就近指挥。”徐祖诒到达临沂后，认为军部距前线太近，敌弹不断凌云呼啸，主张军部应立即撤到临沂以南的傅家庄，以免影响参谋作业的心情，而且便于指挥。庞则不以为然，他很坚决地说：“如果我庞某临危后退，前方士气动摇，临沂城就难保了。”徐、庞意见相左，最后请示战区长官，仍尊重庞的意见，军部不动。
第59军接到命令后，军长张自忠亲自率部出征，一昼夜强行军180公里，主动出击，以攻为守，以解临沂之围。张在庞、张两部高级军事人员会议上说：“在一般情况下，59军以急行军到此，非常疲劳，似宜稍作休息，再与敌人作战。但兵贵神速和出敌不意，且以我劣势装备，对现代化之强敌，必须利用夜战、近战，方可奏效。应打破常规，提前开始行动。”14日凌晨，张自忠指挥全军暗渡沂水，向日寇“铁军”的精锐第5师团右侧背发起攻击，在亭子头、大太平、申家太平、徐家太平、沙岭子等处突破敌防线。敌初不及料，损失惨重，一夜之间，歼敌逾千。日本第5师团被迫放弃正面攻城，转对59军作战。双方展开混战，59军与日军短兵相接，在沂河两岸反复冲杀，战线犬牙交错，形成逐村、逐屋争夺之拉锯战。双方冲杀不下数十次，几度形成白刃战，59军两师连、排长几乎全部易人，营长也伤亡近半。战至16日，战区认为59军伤亡过重，建议撤退。但张自忠坚持再打一天一夜。他说：“我军伤亡很大，敌人伤亡也大。敌我双方都在苦撑，战争的胜利，决定于谁能坚持最后5分钟。既然同敌人干上了，我们就要用精神和血肉拼命干一场，不打败敌人誓不罢休！”16日夜10时，59军向敌发起空前猛烈的攻击，雷霆万钧，大地震颤。拼杀至17日凌晨4时，59军胜利攻克日军全部主阵地。同日，庞炳勋抓住有利战机，率部猛袭日军侧背，有力地配合了59军的正面攻击。18日，张、庞两军从东南西三面夹击日军，经过三昼夜血战，日寇“铁军”精锐第5师团终被击溃，残敌大部窜逃。在此战役中，张、庞两军共歼敌4000余人，其中包括第11联队长野裕一郎大佐、牟田九次中佐和一名大队长。临沂战役成为抗战史上有名的“临沂大捷”。蒋介石亲自致电嘉勉，李宗仁通电全国告捷。报纸舆论盛赞：“是役亦当增我抗战中之光荣一页。”有资料说：“日军以载重汽车运回莒县尸体约一百余车。敌在汤头、葛沟屡次焚化尸体，来不及运回者、就地掩埋者达七八一百具。”
徐州的老一百姓纷纷说着：“‘铁军’碰到了打铁汉!”
黄佳俊非常高兴，看来自己的参与并没有对历史起多大的转变。自己心中的英雄终于用自己的举动和胜利向国家和人民证明了自己是一个什么样的人！
黄佳俊带着的坦克和车队在徐州城的出现更是掀起了群众狂欢的高潮。从开战以来什么时候，中国人有这样的情形出现，不但歼灭了鬼子主力师团4千余众，更是缴获了鬼子的坦克汽车。
徐州市民团团围住坦克和汽车，高呼抗日口号！显得非常的激动。