接下來的一天中，五十九軍和第二師承受了日軍的猛烈進攻，天上，隨時有幾十架飛機在轟炸；地麵上，四十多輛坦克引導步兵輪番攻擊，陣地悉數被毀，鄭洞國參戰一天就損失了兩千人。十六師團調轉攻擊勢頭，主力集中攻擊大橋，希望從這裏撕開中國軍隊的防線，割裂五十九軍和第二師的聯係。
到下午，情況變得更加危急，中島將十九旅團的第九聯隊調過來，在大橋側翼發起進攻，一八零師隻有兩個旅，其中三十九旅是天津保安團改編而來，裝備較差，前期作戰損失很大，目前隻剩下一個團，劉振三被迫把這個團派到側翼增援，才勉強穩住陣地。
“轟！”一發炮彈在陣地前爆炸，爆炸的聲音有些沉悶，破碎的彈體裏冒出一陣黃色煙霧，“毒氣彈！”有經驗的軍官恐懼的大叫起來：“毒氣彈！用尿把帕子打濕捂住嘴和鼻子！要快！”陣地上一陣忙亂，毒氣迅速在陣地蔓延，很快籠罩了整個陣地，帶著防毒麵具的日軍在煙霧中向陣地衝來；大部分中國士兵來不及采取防毒措施，口吐白沫的倒在地上，剩下的士兵在毒氣和日軍的夾擊下站不住腳，紛紛後退。
“大橋失守！”張自忠接到報告唰地站起來。
“日軍使用了毒氣彈，我們的士兵大部倒在毒氣下。”張克俠沉痛的說，中國士兵別說見過，連聽都沒聽說過這玩意，更談不上防護，更何況防毒罩除了中央軍的部分部隊有外，其他部隊根本沒有。
“劉振三退到那了？”張自忠來不及責怪劉振三，先問戰況。
“一八零師退到棗溝頭。”張克俠有些小心的說。
“棗溝頭？”張自忠看著地圖喃喃的說：“通知第二師了嗎？”
大橋一線是五十九軍和第二師的連接處，大橋失守，第二師的側翼就暴露在十六師團麵前，如果十六師團直接進攻第二師，鄭洞國就會措手不及，甚至可能造成一場雪崩，導致臨沂北戰場全麵崩潰。
“已經通知了。”張克俠答道，實際上他剛通知。
張自忠沒再細問，心中卻對臨沂城內的那位副司令卻很佩服，如果不是第二師前來增援，那現在整個戰線已經被徹底突破了。
“告訴劉振三，一步不許再退，棗溝頭就是他的葬身之所。”張自忠咬牙下令：“命令軍警衛營立刻增援棗溝頭。”
“那軍部怎麼辦？”張克俠有點緊張，軍警衛營有四個連，反攻半程損失一個連，剩下三個連，如果全調去棗溝頭，軍部就完全空虛了。
“留下一個排，其餘的都調給劉振三，還有工兵營，也調給他。”張自忠斷然下令：“隻要守住棗溝頭，軍部就是安全的。”
張克俠自知無法再勸，便立刻去調兵。
中島在大橋得手，隨即繼續進攻，將棗頭溝一線戰事推向高潮。
鄭洞國得知大橋失守後，立刻收攏兵力，放棄柳河莊，部隊退守姚家莊，板垣得到消息後，也加大攻擊力度，集中二十一旅團主力強攻嶽家塢，第四旅鍾祖蔭率部抵抗，苦戰到傍晚，嶽家塢失守，鍾祖蔭率部退到大小裏莊，繼續抵抗。側翼三團也隨即退到前後明坡。
“啪！真是膽大妄為！”關麟征聽說日軍使用了毒氣彈，憤怒的站起來大罵：“媽的！”
“雨東，少安毋躁，”莊繼華臉色鐵青，他心中極端後悔，當初怎麼就沒想過建一家毒氣工廠呢，日軍早有使用毒氣的先例，淞滬的羅店戰場上他們就這樣幹過，二十四集團軍配備有防毒麵具，效果不大；此後南京戰場就沒敢這樣作，可莊繼華沒想到日軍在臨沂戰場又用上這一招了，他咬牙說道：“立刻通告各軍，同時立刻命令參謀部擬出一個防毒氣的手冊，除了防毒麵具外，其他的什麼土辦法都可以列上。”
說完之後，他低下頭盤算片刻：“電告鄭洞國和張自忠，臨沂以北就托付給他們了，告訴他們隻有衷心合作才可能取得勝利，自掃門前雪，沒有任何好處。”
關麟征一愣，他聽出莊繼華在警告他們，沒等他細想。莊繼華又接著說：“命令孫立人和廖耀湘加快行軍速度，新三十八師必須在今晚趕到臨沂。”
“電告湯恩伯王仲廉，對鳳凰嶺的進攻改騷擾為強攻，命令二十五師七十五旅出臨沂，在三官廟強渡沂河，從後麵給板垣來一下。哼，我看板垣還能不能坐視。”莊繼華惡狠狠的一掌拍在桌上。
張自忠和鄭洞國接到莊繼華的電報後，立刻明白電報裏的意思，到目前為止，兩人幾乎是各自為戰，雖然互通消息，可也談不上互相策應。張自忠不願被中央軍小瞧，而鄭洞國身為中央軍將領不願聽從雜牌軍將領指揮，特別是一直與中央為敵的西北軍將領。這也幸虧鄭洞國生性平和，沒有找張自忠麻煩；要換成其他人，張自忠恐怕已經有些頭疼了。
莊繼華的警告也就在這裏，第二師一萬三千多人，阻擊板垣一萬餘人，莊繼華斷定鄭洞國還是有餘力的，可以支援張自忠，拖住板垣和中島，贏得時間。