8月24日夜，88旅、89旅两路纵队在夜色的掩护下，悄然向直鲁军先头部队的暂编第3师发起攻击。
暂编第3师是张宗昌的嫡系精锐，由昔日山海关俘虏的北洋劲旅第3师改编，全师齐装满员8千人，所用清一色德械，曾在徐州战场击败战斗力较强的王天培第10军，骄横异常。该师在兖州战场表现同样出色，几乎与白俄军同时打入兖州城，张宗昌嘉赏全师十块大洋，并承诺第一个赶到济南后，将会把暂编第3师扩编成军，有了这个保证，该师如同打了鸡血一般，急行军在最前面，将褚玉璞的第六军远远甩在十数里外。
88旅的进攻如同一计凶横的左勾拳猛击在暂编第3师的侧翼，将暂编第3师打了个措手不及，还未等该师回过神来，89旅紧接着一记右勾拳猛击后翼，强有力的进攻使该师陷入猝不及防的混战状态，未及组织反击，88旅、89旅迅速的穿插分割，暂编第3师难以形成有效抵抗，一经接战，便溃不成军。
随着两旅的凌厉攻势，新一军其他各旅同时对直鲁军展开攻击，各旅以团为单位奋勇出击，攻占南驿道曲阜80里范围内的各个高地要地，同时切断敌军向兖州的退路，黑夜中炮火映天，双方超十万的军队胶着混战在一起。
张宗昌万万没有想到李伯阳会组织如此规模的反击，在新一军有组织的分割、穿插下，不明敌情的直鲁军各军如同没头的苍蝇乱撞，混乱中各军接连失去了对下面军队的控制，激战半宿后，旅以上建制的部队全无，军长找不到手下的是师，师长找不到手下的旅，旅长找不到手下的团，总之就是一个乱字。
张宗昌在兖州急成了一锅粥，战场上各军传回的电报有数百封，乱七八糟的战况不一而足，总之就是一句话，四面八方都有敌人，部队损失巨大，请求增援！
张宗昌如同暴怒的狮子在司令部走来走去，他是个大老粗，面对如此乱局根本无从指挥，只能干着急痛骂：“妈拉个巴子，老子就是有一百万人，都不够给这群王八蛋增援的。”
话虽这样说，他手里还有8个军的部队，就要下令增援。
“大帅，万万使不得啊。”
李藻麟急忙制止他，苦劝道：“现在前线已经打乱了，夜晚敌情又不明，冒然派兵支援，不仅于事无补，还既有可能陷入敌军的埋伏，如今的形势和昔日直系山海关兵败何其相似，退一万步讲，即便前线大败，我军手中主力尚存，可以退守兖州，但如果将全部兵力投入战场，一经大溃败，便是一蹶不振了。”
张宗昌脸上阴晴不定，李藻麟的话在他心中敲响警钟，他这个大帅如果没有了军队便什么都不是了，只有手握里有军队，就算退回关内总有一席之地。想到此处，张宗昌跺脚叫道：“他娘的，不救了，命令各部向兖州收缩！”
……
战斗在次日上午结束，凌晨时分下起了细雨，残存的直鲁联军惶然向兖州逃窜，李伯阳未下令追击，实际上经过一夜的混战，新一军此刻连一个团的追击部队都组织不起来。假如现在张宗昌领大军杀来，遭遇失败的就会变成新一军，可惜张宗昌在李藻麟的建议下不敢冒险，只派出小股部队在曲阜城郊接应败退回来的军队，甚至连空无一人的曲阜都不敢进。
张宗昌不敢占曲阜，李伯阳则不客气了，他只在泰安留下一个连的卫士，速调来一列军列，命警卫团占领曲阜，堵住张宗昌北上的道路，如此一来张宗昌北归的铁路线再次被断，想要撤回北方，唯有从鲁西绕路了。
大战过后，几家欢喜几家忧。
各军打扫战场后陆续撤出战场，李伯阳新的命令下达：87旅进驻曲阜，88旅第106团进驻泗水、107团进驻宁阳、108团进驻南驿、大汶口。第89旅向上汶、东平进攻，90旅进驻肥城、第112团攻占平阴。
胜利过后，留给新一军的是享受胜利果实。
“此战，我军歼灭敌军3万5千余人，其中生俘11873人，毙伤23413人，内有中将3人，少将6人……缴获各种火炮25门，各式步枪2万余杆，轻重机枪300余挺，汽车7辆，铁甲车3辆……我军伤亡5806人，其中亡1950人。”
罗群的语气很沉重，但又很快活跃起来，眉飞色舞道：“此战过后，张宗昌短期内再无和我军作战的实力，我军可以轻取济南，继而沿胶济路进兵，将胶东半岛收入囊中，再以胶东为踏板，攻取鲁南，最后会攻鲁西的张宗昌，将其歼灭或击退至黄河以北，如此齐鲁富庶之地尽我手，足以和奉军隔岸相持。”
罗群此言一出，将领们顿时心动，自北伐以来，新一军便失去了皖南这块根据地，如今的新一军下辖两个陆军师和一个独立纵队，兵员近8万人，如此庞大的兵员数量，急需要一块地盘为支撑，否则始终是无根之草，如今辛苦在山东打开局面，众人理所应当的把山东视作到手的地盘。
“总指挥，咱们自年初鏖战至今，数月间转战千里，将士们死伤不计其数，是该找块地盘好好休养一样了。”
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