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矶谷廉介对第二军的作战计划反复研究后，制定了东线牵制，正面迂回包抄的作战方案。以赖武平少将指挥第39联队指挥皇协军前进总司令刘桂堂部增援在临沂方向进攻受挫的独立混成第六旅团，攻占临沂，吸引华夏军队驰援，减轻滕县正面战场的压力，然后集中濑谷支队强攻界河一线，造成在界河决战的架势，趁华夏军队注意力集中到界河的时候，留一部分部队监视界河守军，濑谷支队主力穿插过去，以第10联队主力攻占滕县，第63联队直接迂回南下，抢占临城，打乱华夏军队的防守部署，让界河一线的华夏守军不战自溃。尔后，濑谷支队全力南下，攻占徐州。
矶谷廉介打定主意，要以第十师团一个师团之力攻占徐州，为第十师团的战旗再添一丝光辉。因此，他在作战会议上对手下的旅团长、联队长们说，让第五师团、第十六师团去牵制华夏军队吧，有第十师团就足够了！
7月18日拂晓，在比历史上的滕县保卫战整整晚了4个月，日军第十师团在滕县动手了。
防守滕县的是国民革命军第二十二集团军，就是川军中有猴子之称的邓锡侯部和田颂尧部、李家钰部改编而成。川军总司令刘湘病逝后，邓锡侯奉国民政府令回川主政，孙震升任二十二集团军总司令。该集团军整编时辖四十一、四十五、四十七军三个军，每军两个师，每师两个旅，每旅两个团，共24个团。开赴山西战场后，在娘子关战场，由于情况不明贸然投入战斗，被日军各个击破，损失近半，孙震下令整编，每旅两团缩为每旅一团。第四十七军李家钰部后来留在晋东南战场，此时在滕县的实际兵力四十一军、四十五军，总兵力8个团，约2万人。
出川抗日以来，二十二集团军在山西参加了娘子关战役，阎锡山嫌该部装备太差，战斗力太低，留在山西无益，拒绝对其进行补给。委员长只好将其调归愿意接受的第五战区司令官李宗仁指挥。
到第五战区报到后，二十二集团军得到了第五战区的部分补充，除补充轻重机枪和手榴弹外，李宗仁还想方设法购买了一部分大烟土，送交二十二集团军。二十二集团军随即被调往滕县布防，总司令部设在临城，四十五军为一线部队，由一二七师师长陈离指挥；四十一军为二线部队。四十五军以滕县为据点，在界河、香城、九山、王福庄、张庄、后仡、金山一线构筑工事，阻击敌人进犯。四十一军第一二四师三七二旅进驻滕县城，负责城防；第一二四师的三七0旅进驻滕县西北的深井，掩护四十五军一线阵地的左侧背。第一二二师为集团军总预备队，位于台儿庄、韩庄一线。到了3月10日，日军天天飞机侦察、小部队渗透的态势已经很明显，二十二集团军判断大战在即，为固守滕县而重新调整部署。第一二二师师部和第三六四旅旅部移驻滕县城。同时，第一二四师师部由利国驿进驻滕县城内。孙震任命一二二师师长王铭章为第四十一军前方总指挥；张宣武团由南沙河进驻北沙河，部署第二道防线；王文振团由韩庄进驻平邑、城前，以掩护四十五军一线阵地的右侧背，并防止临沂方面日军的侧击。