庞炳勋当时的名义是第三军团长（军团部没有编组）兼第四十军军长。军部是乙种编制，直属一个特务营，一个第三十九师（调整师，师长马法五，副师长刘世荣）。师属两个步兵旅（一一五旅，旅长朱家麟，副旅长黄书勋；一一六旅，旅长李运通，副旅长崔玉海），一个补充团（团长李振清）和炮、工、辎、通各一营，另有骑兵一个大连及手枪一个连。全军合计一万三千余人。

装备计有：步枪共约八千支，各种手枪约九百支，轻、重迫击炮约六十门，重机枪约六十挺，轻机枪约六百挺，掷弹筒约二百个，山炮四门，战马约三百匹。

四十军自一九三七年十月於沧县抗击日军后，奉命调至东海、连云港等地，一面整补，一面对连云港至盐城一带沿海设防，历时三个月，人员及武器大体上得到补充。但新兵较多，缺乏训练，战斗力受到一定的影响。

一九三八年年初，日军自津浦路北段节节南侵的矶谷师团和由青岛登陆之坂垣师团，分两路进窥徐州。临沂系鲁南重镇，为徐州东北之屏障。如果临沂不保，日军则可由青岛直趋台、徐，威胁陇海、津浦两路之安全。

一九三八年二月上旬，庞部奉令调驻临沂拒敌。二月中旬，部队集结完毕。其分布情况是：军部及三十九师师部同驻临沂南关的山东省立第三乡村师范学校；朱家麟之一一五旅驻城东相公庄一带；李运通之一一六旅驻城北诸葛城一带；李振清之补充团驻城关附近；炮、工、辎、通各营及军属特务营均驻南关，骑兵大连驻相公庄以东地区。

当时国民党的山东第三督察专员公署专员张里元的保安团驻在城内，有相当战斗力，与驻军协同作战。

庞部到达临沂后，立即派人察看临沂周围地形，并召集营长以上官长及各级参谋联席会议，研究敌情及攻守方法。命令李运通旅沿汤头至葛沟一线，构筑前进阵地，并从白塔起顺沂河东岸向南至郁九曲一线构筑了主阵地。同时又派人到临沂以西山区，侦察地形，准备临沂不守时，在该处与敌开展游击战。