不顾敌强我弱的总体形势，调集大军在徐州附近，企图与日军决战，因而使会战在后期陷于被动。尽管如此，这次会战消耗了日军有生力量，迟滞了日军进攻速度，为部署武汉保卫战赢得了时间。

中方伤亡：1，庞炳勋第3军团截至3月26日，庞部已伤亡殆尽，庞炳勋致蒋介石密电称“总计战斗兵，现不满千人”。结合徐祖贻致李宗仁电“庞军兵力损失过巨…已失战斗力”，即便考虑到庞有保存力量夸大伤亡的因素，按庞部战斗兵万人计，亦可约略看出庞部伤亡当在8000人以上。

2，张自忠第59军刘景岳和于麟章在回忆文中称，该军在最初三天（3月14、15、16日）的激战中，大量毙伤日军，但自身“伤亡也不下六、七千之多”。顾相贞证实此说，至17日晨，该军统计伤亡人数，“第三十八师自投入临沂战役以来，伤亡近四千人，第一八0师也伤亡了二千余人”。《山东省志.军事志》采信此说，称“至17日，（第59军）伤亡7000余人”。郭汝瑰《中国抗日战争正面战场作战记》一书亦采信此说，称“至17日上午，第59军已伤亡6000余人”。迨至21日临沂战役第一阶段结束，于麟章称“伤毙敌军约六千人…我军伤亡人数也在八千人”，顾相贞称第59军“伤亡官兵近九千人”。第59军战斗详报则证实了此数据，24日，再次增援临沂的第59军在城西北一带集结时，全军可战之兵仅有1.3万人，而该军一战临沂前却有战斗兵员2.1万人，减员8000。

通过下属单位的伤亡也大略看出第59军伤亡之惨重。原第38师第113旅旅长李致远在回忆文中称，仅在15-18日的刘家湖战斗中，“第二二八团原有两千余人，损失半数以上；第二二四团也伤亡近半数。”从3月14日至19日，59军成建制战死者计有第26旅第678团（团长崔振伦，在进攻朱陈镇战斗中，该团另有一营人牺牲过半）