得到从五井方向突围失败的消息后乃木希典立刻下令停止进攻，撤回石佛店附近，一个小时后五井方向日军撤回，双方汇总，共损失兵力七千余人，弹药所剩无几。北上突围的线路被断，乃木希典开始重新思考进入山区开展游击战的可能性。
“沂蒙山区的资源根本不足以提供游击战的供给，即使无法回到本土，也要拼死作战以报效天皇！”
“没有弹药、还有刺刀，我建议销毁所有重武器，参谋、文员、工兵等所有士兵都加入攻击部队，从防守相对薄弱的冶源方向展开一次总攻击，一次性突破华军防线！”
“对，从海浮山阵地三面攻击，我们也加入冲锋，一万两千余人的兵力，不成功则成仁！”
手下群情激愤，你一言我一句根本没有看乃木希典，他觉得对军官们失去了控制，在这个时候能维持部队的秩序已属不易，万万不能与这些军官们对着干，不然就是‘下克上’的局面。总是带领部队打败仗的将军是没有威望的。
一千三百余名华军陆战队士兵防守的海浮山阵地即将面对日军十倍兵力孤注一掷的攻击，好在华军阵地完整、弹药充足、火力强大，士兵们在战前甚至得到了当地村民赠送的饺子，当然白面是陆战队后勤部们赠送的。
原本植被茂密的海浮山变得光秃秃，攻击开始后华军的炮火让山石碎裂，碎石的威力不比弹片小多少。采取密集冲锋的日军在离华军阵地五百米外时就损失惨重，日军士兵在军官的督促下光着膀子、挺着刺刀嗷嗷直叫，一支日军大队趁机从海浮山右侧的山谷绕过去，试图偷袭华军阵地后方的水源供给点。
那里不仅有地下水喷涌形成的老龙湾泉，还有陆战队的后勤补给线。日军此举总算给指挥作战的蔡松坡一点压力。
“炮兵十发急速射，二营一连三连给我截住日军！”位于海浮山北面的指挥部，预备队一连和二连整装待发。在日军猛烈的攻击下，凭借强大的火力蔡松坡还有余力保留一部分预备队。此时正好派上用场。
“让一团和申玉学少校的师侦营绕到石佛，从后面堵住日军的退路，老子要在这里将日军全部消灭，不能让他们再逃进沂蒙山！”青州的陆战一团赶到后蔡松坡终于有反击的力量，25日下午三点，陆战一团和师侦营从临朐西侧绕道日军侧后，将完全采用冷兵器作战的日军一万余人包围。
乃木希典等日军高层在第一波冲锋中身先士卒，全部死亡。剩余士兵在中下级军官的带领下坚持作战，但在后路被断、弹尽粮绝后向华军投降。临朐攻坚战是日军第一次大规模的向华军投降，也是华军第一次没有屠杀日本战俘，这一万多名日军士兵被严格看管，成为山东筑路大军中的一员，从事沂蒙山区地形崎岖地段的开山筑路工作。三年后由于这些战俘表现极佳，被华国政府释放、送回日本，不过那时只有一千余人幸存。
此战之后山东地区的日军全部被消灭，华军完全掌控山东半岛，兵锋直指京津地区。并威胁山东西侧河北河南地区的北洋军，段祺瑞率领的北洋军第一集团军十万余人处于华军两面包围之中。华军第二集团军和第三集团军正在谋划围歼北洋军段祺瑞部的战略，不过在此之前另一处战场的战斗吸引了外界的目光。辽西战役即将展开。
24日上午，繁忙的秦皇岛港迎来搭载山地旅的运输船队，久违的增援抵达后使辽西地区的华军拥有了进攻能力。一个陆战师、两个山地旅加上一个陆军主力军，超过八万人的兵力让担任辽西战区总司令的第一军军长吕华野心膨胀，之前受制于防线的宽度和兵力的缺乏无法进攻，现在两个山地旅抵达后进攻力量大增。
帕杰罗夫同样野心勃勃，他率领的俄军远东集团军十万余人全部从河北撤回天津地区。经过仔细研究，通过辽西走廊撤回满洲是最快捷的道路，另外两条是从承德、赤峰一线的山区返回。不过这条路路程较远、地形崎岖、补给困难。另一条是从张家口出关，从蒙古大草原回到西伯利亚。这一条路线被第一时间否决。帕杰罗夫手里的三个哥萨克骑兵团或许可以从那里返回，但剩余步兵不可能安然通过大草原、戈壁和沙漠地带。
华军目前聚集在秦皇岛附近。兵力四万余人，另外承德和赤峰各有大约两个步兵团的兵力，侦察发现秦皇岛地区的华军拥有的重炮数量和后勤补给情况让俄军无奈，帕杰罗夫手里唯一的优势就是兵力。在出兵之前他曾向袁世凯要求帮忙提供一批弹药物资，或者北洋军第二集团军出兵协助俄军，但皆被袁世凯拒绝。让帕杰罗夫恨得差点和北洋军内讧，好在被奄奄一息的盟军总司令儿玉源太郎劝阻，看在重病的总司令面子上帕杰罗夫只能单独打这场辽西战役。
俄军的侦察并不充分，最大的漏洞就是华军两个山地旅没有被发现。在情报不足的情况下，帕杰罗夫草率的做出了出击的决定，同一时间华军吕华中将也调派兵力，向京津地区进发，双方不约而同的决定致使两军在唐山以东十公里处遭遇。
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