日軍進行警戒;第128團及第129團秘密配置於濟寧北關兩側,旅部推進至興文鎮。

根據事先偵知的情況,本來預定天明後以小分隊化裝成居民潛入城內,然後發起進攻,裡應外合,控制城門,殲滅城內日軍。但日軍已有覺察,當天未開東、西及北城門。第64旅旅長時同然急令北關的兩團改為攀城強攻。

12日22時左右開始用長梯多路同時攀城進攻,傷亡甚眾。後在西北城角處擊坍一段城牆,約有9個連從缺口突人。日軍第39聯隊大佐隊長沼田多稼藏將主力調入城中增援,首先以反衝擊控制了城西北角的缺口,切斷城內外中**隊的聯絡,然後向突人城中的部隊發起圍攻。雙方在北大街及城西北隅關帝廟一帶展開了激烈的肉搏巷戰,逐屋爭奪。突入的部隊孤軍奮戰,彈藥及人員均得不到補充,血戰一日夜,至14日拂曉,9個連的勇士全部壯烈犧牲。

在城北的第64旅殘部,13日23時接到孫桐萱令其向運河西岸撤退的命令,在當地群眾協助下,從北關外小道透過沼澤地轉移至運河東岸,由第66旅接應,用民船渡過運河,到達西岸。掩護撤退的後衛營損失較大,營長戰死;負責接應的第66旅旅長薛明亮亦中彈負傷。第3集團軍實際參加進攻濟寧戰鬥的不過1個旅的兵力。在人員不佔真正優勢、武器裝備處於絕對劣勢的情況下實施攻堅戰鬥,雖然廣大愛國官兵拼死奮戰,仍不可能實現軍事委員會及第五戰區的戰略企圖。

展書堂的第81師於12日夜開始進攻汶上城,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