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就在北沙河和藤县激战方酣的时候，在临城的第二十二集团军总司令孙震终于迎来了期盼中的汤恩伯第二十军团第八十五军第四师师长陈大庆。
第四师先头部队一个团已经乘火车到达临城，孙震要求他们向台儿庄附近开进，支援滕县保卫战。
此时，见陈大庆来到，孙震一边向陈大庆通报敌情，一边命令全城百姓家家户户做锅盔，给二十军团制作军粮。
第二十军团是国军主力，兵种齐全，是李宗仁准备用以消灭南进日军的决定性力量。
根据李宗仁的命令，要二十军团派一个师支援滕县作战，一个师固守临城，其余主力置于临城东面山地，准备包围聚歼由龙阳店南下迂回临城的日军。
陈大庆得知滕县尚在我军手中，而且二十二集团军在滕县城外南沙河尚驻有一个团，在北沙河一线有三个团与敌交战，感觉事有可为，遂率第四师向滕县前进。
上午11点，第四师先头团赶到南沙河的时候，四十一军一二四师三七二旅已经陷入了与日军第63联队的苦战中，防线已被突破，部队随时就会溃败。
三七二旅是黎明时分按照王铭章的命令从滕县撤防南沙河的，说是一个旅，其实就是一个团。部队刚刚构筑好阵地，日军第63联队就赶到了。双方噼里啪啦就打开了。
日军第63联队联队长福荣真平大佐见在南沙河一线遇到华夏军队阻击，大吃一惊，知道自己的迂回偷袭计划暴露了，慌忙向赖谷启少将报告，并派出骑兵部队四下侦察。这一侦察就发现，驻守南沙河的仍然是川军部队，兵力有限。福荣真平放下心来，一边请求赖谷启呼叫航空兵，一边指挥炮兵、装甲部队实施炮击，掩护部队突击。
福荣真平指挥的63联队，配属有一个骑兵大队、两个装甲中队、一个炮兵大队、一个工兵大队，无论兵力还是火力，都不是三七二旅能够抗衡的。这一开打，短短两个小时，只有简单野战工事的三七二旅就损失惨重，眼见要不撤退的话，部队就要被日军分割包围消灭在南沙河边了。