��了日军的进攻。庞炳勋部也死伤惨重，有一个团只剩下300多名士兵，营以下军官也伤亡很大。因此，不得不撤出战斗，转进至江苏的砀山，此战之惨烈在整个抗日战争中都算是有名的。

  随后已升任军团长的庞炳勋奉调率部奔赴临沂，参加台儿庄会战，阻止坂垣师团南下。3月10日，坂垣师团在飞机大炮和坦克的支援下，向临沂猛烈扑来，庞炳勋部的阵地一片火海。广大爱国官兵不怕流血牺牲，打退了日军的多次冲锋，顽强地坚守阵地，顶住了坂垣师团的进攻。

  对于这次阻敌，日军穷数日的反复冲杀，伤亡枕藉，竟不能越雷池一步。当时随军在徐州一带观战的中外记者与友邦武官不下数十人，大家都想不到一支最优秀的‘皇军’竟受挫于一不见经传的支那‘杂牌’部队。一时中外哄传，彩声四起。

  随后，庞炳勋部与援军张自忠部联合发起反击，激战五天五夜，至3月18日将坂垣师团赶至莒县，沿途日军尸横遍野，为台儿庄大捷做出了不可磨灭的贡献。

  从1937年到1943年，庞炳勋带着他的第40军和后来的第24集团军，不断地在华北大地上同日伪军作战，战功彪炳。

  然而这一切在1943年以后就全变了，当年4月日军抽调5万余人，“扫荡”太行山区。日军从东、西、南三个方向，分成十几路，向庞炳勋防地扑来。

  各军防地先后被突破，庞炳勋没有组织迎击，而是带领集团军总部和四十军军部向深山区转移避战。后因军部与日军发生遭遇战，总部人员大乱。庞炳勋和他的儿子庞庆振被冲散，与军部失去联系。

  而当夜，第四十军军长马法五集合被打散的总部和军部人员突围南下。数日后，在已投降日军的新五军军长孙殿英的周旋下，庞炳勋同日军经过了一番讨价还价的谈判，于5月7日正式投降了日军。5月23日，汪精卫伪政府任命庞炳勋为伪暂编第二十四集团军总司令，可谓是晚节不保。