独立混成第7旅团旅团长稻川直卫忧心忡忡，这场战斗如果按照这种比拼兵力的方式打下去，第7旅团打完了也到达不了临沂。战车第3师团的到来让他看到了胜利的希望，稻川直卫不相信土八路有能力抵挡住机械化部队的进攻。
于是4月23日上午，山东敌后战场难得一见的战车集群攻击和反攻击开始了。日军以160余辆战车在前，独立第7旅团伴随，对滨海军区第一道阻击线发起总攻。战斗一开始就进了白热化，首先是阻击阵地遭到日军大规模炮击，东北挺进军被压在抗日壕不能抬头，后方滨海军区炮营反击但效果不大。第111师666团团长彭景文负责阻击第一线，阵地上还有两个地方独立团。他见到日军战车装甲突击声势浩大，不由得有些紧张，手心都冒出了汗，他也不知道前期反坦克布置是否有效。
日军战车离前沿阵地1000多米开始，分散布署在阻击线上的两个高射机枪连开火了，16门勃朗宁m2机枪发射的12.7㎜穿甲燃烧弹打在了冲在前面的日军坦克上，顿时有十几辆坦克起火停顿了下来，后方日军炮火对我军高射机枪阵地进行压制，高射机枪连出现大的伤亡，但仍然坚持不断向日军战车射击。日军战车绕开被摧毁坦克继续向前冲。不断有战车压上反坦克地雷，又有4辆坦克被炸翻，十几辆坦克被炸断了履带暂时不能动弹，日军工兵队立即上前抢修。日军战车集群继续急速向前，推进到阻击阵地150米，埋设在前沿阵地的爆破筒被我军引爆，埋伏在前出战壕里的火箭筒手也开火了。日军装甲车上的机枪居高临下扫射，火箭筒手死伤惨重，但只要还有一口气，火箭筒手还在不断向日军战车射击。日军在阵地前又留下二十多辆战车。
眼看日军战车冲上了阻击阵地，彭景文下令部队通过交通沟撤到后面的二线反坦克壕。抗日沟根本拦不住战车，日军战车直接碾过抗日沟，不断向纵深冲击，日军步兵跟进。来不及撤退的战士在一线抗日沟里继续作战，直到牺牲。有的战士绑上成捆手榴弹与日军战车同归于尽。
反坦克壕里每隔5、6米就有一个高台，第111师官兵在这里架设高射机枪继续抵抗。我军抵抗了一阵继续向后撤退。日军战车冲向反坦克壕，战车里视野有限，反坦克壕两边两堆起了土堆，日军还以为是抗日沟，一脚油门冲了上去。十多辆日军战车栽下反坦克壕，车屁股翘向天空。日军攻势暂停了下来，日军一面开始填埋反坦克壕形成通道，一面寻找有无现成的通道。现成通道还真有，反坦克壕不是完全连续的，留有弯弯曲曲的行进通道。
山路秀男害怕美军航空队轰炸，不敢让战车第3师团在无遮无拦的旷野中停留大久，于是明知通道可能有埋伏，也毫不犹豫地命令战车从预留通道处通过。日军在预留的通道，果然又遭到反坦克地雷和火箭筒袭击，受损的坦克被推进了通道边的壕沟，日军继续前进。前面的战斗让山路秀男感到心惊，山东的八路军可不是土八路，他们安排对付皇军战车集群的手段多种多样，有空中打击、有反坦克地雷、有反坦克壕，还有反担克单兵武器，打击手段非常有效，从新安出发的160余辆战车，40多辆被炸毁，20多辆战车掉进反坦克壕。皇军连第一道阻击线还未完全通过。
临沂机场，李振华等来了美军25架p40和5架b25，b25运送来了弹药和燃油，老熟人杜立特也到了。李振华上前迎接，杜立特向他介绍了他带来的美军观察组包瑞德一行人。大家还没有寒喧完毕，蒙山防空哨发来了警报，紧接着机场防空警报响了起来。p40战斗机、b25紧急升空了。30多架日机从济南起飞前来偷袭临沂机场，双方就在临沂上空展开激烈空战。
李振华立即将众人带离机场，进入不远的一处山林，这里相比机场这里更安全。临沂上空的激战还在继续，我方有50架p40战斗机，无论在数量、还是在质量上都比日军航空队要有优势，p40击落6架日军轰炸机，8架日军战斗机，自身损失了5架p40，好在飞行员跳伞获救。日机有3架轰炸机突破拦截，对临沂机场进行了轰炸，好在航弹大多落在了停机坪，临沂机场损失不大。
李振华向杜立特及美军观察组介绍了郯城的战况，包瑞德非常感兴趣，听说了b25要去轰炸日军战车部队，立即要求去看看。李振华以安全为由委婉拒绝，但包瑞德不为所动，他是想在战场上评估中共军队的战斗力。为保证安全临沂机场留了10架p40执勤，其余飞机补充弹药后全部飞往郯城，李振华、包瑞也上了杜立特驾驶的b24轰炸机。
机群飞到郯城以南上空，杜立特这架b24没有参战，在战场上空盘旋。李振华向下望去，一线阻击阵地还未完全丢失，日军正在发起进攻。我军还在第2道反坦克壕里抵抗，我军在组织部队有序撤退到二线阻击阵地，二线阻击阵地离一线阻击阵地有5公里，有八路军部队在严阵以待。战场上被击毁的坦克冒着浓浓的黑烟。10架p40在空中警戒，其余p40和轰炸机冲向了战场轰炸、扫射。
彭景文见机群轰炸、扫射止住了日军的攻势，连忙下令全线撤退到第二道阻击线。李振华一行人在b24轰炸机上看的一清二楚，李振华并未因为我军没有挡住日军进攻而感到尴尬，包瑞德显然也没有这种想法，他发现八路军虽然损失惨重，但撤退时各部交替掩护、井然有序。一支部队学会进攻容易，但学会撤退却不是那么简单，很多军事上失败就是因为撤退时发生溃败造成。撤退大多时候意味着失败，官兵心中难免恐慌，这就导致命令执行会走样，为求生存，各部队很容易产生先一步离开战场的想法。只要有一支部队先行逃离，这种想法就会像瘟疫一样迅速在战场漫延，各部队无法协同，从而最终导致部队溃散。
日军战车部队及第7旅团被夹在了两道反坦克壕之间进退失据，任由飞机蹂躏。机群因为我军已撤退，毫不顾忌的反复对日军进行轰炸、扫射。有的日军战车为躲避轰炸慌不择路地一头栽进了反坦克壕，有的战车之间发生冲撞。战场上火光四起、爆炸声震天，伴随战车进攻的混成第7旅团也在轰炸中损失惨重。