5日拂晓时，进入郭里集的第52军第25师第75旅之一部与日军沂州支队的先遣中队相互发明。第52军军队立即将碉楼包抄，并调来炮兵停止进犯。经战役后，该日军中队大部被歼，仅十余人突围逃至枣庄。枣庄日军沂州支队在第25师围攻其先遣中队时曾派出数百人打击郭里集，诡计救济，被第25师击退。第52军的第2师从鹁鸽窝向枣庄打击，但被击退。汤恩伯率第85军主力仍在抱犊崮山区按兵不动，仅令派出1个旅与第52军协同作战，而该旅仅派出1个团、该团又仅派出几个排的兵力在枣庄核心停止了袭扰性进犯，然后又退回抱犊崮山区中。
当津浦路北段日军开端由邹县南进时，军事委员会除将汤恩伯第20军团转移于第五战区外，3月14日又将军事委员会直接把握的孙连仲第2个人军转隶第五战区。李宗仁在临城失守时决计集合兵力将向津浦路南进的日军围歼于临城以南地区。3月19日制定了作战号令，21日报请蒋介石考核。其关于津浦路正面作战的首要内容为：“(1)临城、峄县、韩庄间之敌约步兵三联队、马队1联队、炮兵1联队、坦克车五六十辆，自14日以来，在界河、滕县、南沙河及临、枣各地与我邓个人(指第22个人)及王军(指王仲廉第85军)苦战，现分部南进，已达韩庄及峄县四周，其主力似尚在临城。(2)战区以光复鲁中泛博地区为目标，以一部在运河之线取守势防备态势，以主力由峄县东南及东北山地，侧击南下之敌，聚歼于临枣支线与韩庄运河间地区。(3)各军队之摆设及任务如左：甲、汤军团新配属31师(欠110师)，应集合主力于峄县东侧及枣庄西北方焦山头四周一带山地，于3月20日(后改成24日)拂晓全线开端进犯，务先击破峄、枣之敌，向临城、沙沟两地四周侧击，压迫敌于微山湖东岸而毁灭之。其一部集结于台儿庄北方地区，筹办对峄县及其西北地区合力于主力作战。乙、孙个人军新配属110师(欠31团)，应以一部在侯新闸以西运河南岸防备，待机渡河北进，主力控置于贾汪四周及荆山、茅村镇间”。蒋介石于当日21时复电，原则批准，但对其摆设作了修改，唆使：“(1)汤军团收支运河后，以约两师对峄县方面佯攻，以三师由峄县以东梯次迂回求滕县以南亘峄县间敌之侧背进犯之。(2)张轸师(指第110师)及独44旅归孙仿鲁(孙连仲)批示，守备运河。(3)孙仿鲁部两师集结徐州待机。(4)张自忠军(略)。(5)孙、曹(指孙桐萱、曹福林之第3个人军)反击军队，除以主力向邹县、两下店间地区挺进外，另以两团由汶上方面向肥城、大汶口挺进游击，限宥日(26日)达到，准予赏格。万一敌有声援队由济宁反击时，除守势军队极力禁止外，其反击军队仍须在铁线路上游击，不得撤回运河西岸。”
“第52军应于本晚星夜由傅山、青山一带向南下之敌夹攻，并与孙个人军切取联络；第85军应以一部占据云谷山、黄山、马山、神山一带，管束齐村、枣庄、郭里集一带之敌，主力本晚集结神山、向水泉、猪山一带待命。”