时，部队分由汉上城西北、东、南三面攀登城垣，进行偷袭。其中一部由城西北上冲入城内，同日军展开激烈巷战。日军即由济宁派兵800人增援，在汶上城南辛店遭到展师一个团阻击。
14日，日军逐次增援已达干人。汶上城内日军则以机枪、平s炮架于屋顶，向中国攻击部队猛s，并利用工事阻截各巷口，负隅顽抗，敌机数架亦反复轰炸。
经过两昼夜的激战，双方伤亡惨重，至17日晨，敌由泰安、兖州、宁阳驰援2000人以上。由于展师已同汶上之敌激战、r搏4昼夜，数次浴血攻城，官兵伤亡达2000余，共毙敌七八百，乃奉命向开河镇附近运河之线撤退。
在展师反攻汶上的同时，孙桐萱即令第55军及第22师向济宁攻击。
12日晚，谷良民师一个旅，附山炮两连，由济宁西北之大长沟强渡运河，翌日攻克北关。战至17日，谷师歼敌数百，击毁日军装甲车5辆，中国军队亦伤亡6、7百人。
鉴于日军主力全面反攻，中国军队伤亡较重，攻势无进展，19日，孙桐萱命令全线撤退。同日，日军3000余人向曹福林师反击。至25日，第3集团军歼敌千余人，缴获大炮4门，战车3辆，自己将士伤亡三四千人。
3月15日，日军一部抵滕县附近。孙震急令军预备队、第122师长王铭章率部死守滕县，等待汤恩伯军团增援。王铭章仓促上阵，守城兵力不过两个营，于是紧急调兵遣将，急令第366旅由太平邑赶赴滕县增援，但该旅在城头村附近同日军数千人遭遇，被截成数段，仅1个营冲进滕县。
16日黎明，日军步骑约
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