击，经过艰苦战斗，成功收复小蚌埠，淮河以北日军全部撤回淮河以南。
二月二十日后，津浦路北段形势趋紧，日军开始由济宁向运河以西发起进攻。二十二日，李宗仁按照蒋介石的指示，电令张自忠即调赴临城待令，津浦路南段仍由于学忠的五十一军防守，暂时与日军隔着淮河对峙。
当南线战场中日两军在蚌埠地区淮河两岸进行激烈的渡河攻守战斗时，第五战区为防止北线日军乘机南下，遵照军事委员会的意图，采取以攻为守的战术，命令第三集团军向济宁、第二十二集团军向邹县、第三军团向蒙阴发动攻势。
此时济宁日军为第二军第十师团第八旅团三十九联队主力，约一千五百余人，大部控制于南关，城中守卫部队约四百余人，汶上日军为第三十九联队第三大队，约五百余人，第八旅团主力与第十师团司令部位于兖州。
第三集团军司令官孙铜萱于二月十日下令，命第五十五军由金乡向济宁南关之敌发起进攻，命第十二军第二十二师由定陶经巨野、嘉祥迂回至济宁以北的二十里铺附近，尔后向济宁北门进攻，协同第五十军军收复济宁城，命第八十一军对汶上之敌进行袭扰。
曹福林的第五十五军派出一部兵力前进至济宁西南安居镇附近运河西岸，进攻开始时仅以不到一个团的部队渡河，向济宁火车站及西关等地进行袭扰，并未以主力实施进攻，不久即为日军击退。
谷良民的第二十二师到达嘉祥以东的运河西岸后，部署以第六十四旅为主攻部队，第六十旅为预备队，随师部控制运河西岸。第六十四旅由大长沟通过运河木桥，于十二日佛晓前到达进攻出发位置。
根据事先侦查到的情况，本来预定天明后以小分队化装成百姓潜入城内，然后发起进攻，里应外合，控制城门，歼灭城内日军，但日军已有察觉，当天未开城门，不得已之下，第六十四旅只好展开攀城强攻。
十二日二十二时左右，第六十四旅开始用长梯多路同时攀城进攻，伤亡甚众，后在西北城角处击垮一段城墙，约九个连官兵从缺口突进城内。
日军指挥官将主力调入城中增援，首先以反冲锋控制了城西北角的缺口，切断城内外中**队的联系，然后向突入城中的部队发起围攻，双方在北大街及城西北隅关帝庙一带展开激烈的肉搏巷战，逐屋争夺。
突入城内的部队孤军奋战，弹药及人员得不到补充，血战一昼夜，至十四日佛晓，九个连勇士全部壮烈牺牲。
城北的第六十四旅残部，十