5 marca zaniepokojony Li Zongren zaalarmował zwierzchników, że obie dywizje zamiast, jak przewidywał, posuwać się wzdłuż linii kolejowej Tiencin – Pukou, zamierzają skoncentrować 150 tys. ludzi, łącząc się z oddziałami poruszającymi się z Shanxi i uderzyć na Xuzhou. Czang Kaj-szek, mimo niechęci wobec Li Zongren, wysłał mu elitarne siły ANR: 20 Korpus gen, Tang Ebo z działami kal. 155 mm oraz 2 Grupę Armii Sun Lianzhonga.
Przed bitwą 13 marca szpica dywizji Itagakiego dotarła do miasta Linyi. Itagaki z głównymi siłami przybył dwa dni później, prowadząc ze sobą lotną brygadę jazdy i pułk ciężkiej artylerii. Miasta miało bronić 5 pułków piechoty gen. Pang Binxuna. Na dobę przed przybyciem wroga siły te wzmocniła 59 Armia gen. Zhang Zizhonga. W pierwszym natarciu udało się Japończykom wedrzeć za mury, jednak atak ze skrzydeł 59 Armii zmusił je do odwrotu. Do ataku przyłączyły się pułki garnizonowe z Linyi. Cofający się Itagaki zatrzymał dywizję 45 km dalej w Juxianie. ANR bez ciężkiej artylerii nie mogła zdobyć miasta, ale plan powstrzymania obu japońskich dywizji przed połączeniem został zrealizowany. 23 marca Itagaki podjął następne uderzenie, wygiął linie chińskie, ale ich nie przełamał.