日軍絕對沒有想到中國軍隊竟然會運用這種內外夾攻的拼命打法。日軍第5師團遭到極其慘重的損失,已經無法繼續支撐作戰,只有先撤退回莒縣以困守待援。當時日軍雖以超過一百餘輛的卡車,滿載陣亡的日軍屍首,但戰場上仍然遺留了不少的死屍。
這對曾經的冤家在危難之中再次相見,在國難之時,摒棄前嫌,共禦外辱。
李宗仁在臺兒莊的留影。
李宗仁在多年後的回憶錄中這樣寫道:若非張氏大義凜然,摒棄前嫌,及時赴援,則龐氏所部已成甕中之鱉,必致全軍覆沒。
而臨沂之戰得勝,砍斷了津浦路北段日軍的左臂,促成了之後臺兒莊會戰中,李宗仁圍殲孤軍深入臺兒莊的磯谷師團的契機。