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就在进攻池头集一线的当日，日军还以步兵第136联队所属3个中队附联队炮中队及独立机关枪第10大队所属1个机关枪中队约700余人对普阳山一线发动了进攻。[本书来源
普阳山是由一连串标高250~374米的土丘构成的丘陵地带，恰好出于马河与界河之间，虽然不利于日军机械化部队的运作，但一旦为日军突破，日军就可以轻而易举的包抄至东北军在界河的防御阵地的后方，也可以进一步向东越过大王村河自城头、马厂一线，在更大的范围内将第69军全部装入兜中。
鉴于这座不高的普阳山的重要性，第128师赵毅部在此布有约2个营的兵力，主要守备山麓北线之桃园、西线之崔桥以及马河以东之香城、山阴等要点。而日军的第一波攻击正是在桃园和崔桥同时展开的。
3月3日上午9时刚过，日军即以1个中队的兵力率先攻击桃园一线，得到250高地火力支援的守军顾克勤连毫不示弱，奋战2个时，多次击退日军队规模进攻，打死打伤日军约50余人，自身伤亡近百，最后兵力耗尽而被迫撤回250高地固守。中午11时半，日军又在轰炸机的协同下猛攻崔桥，守军阵地多处破损，迫不得已与涌入的日军发生白刃战，最终仅有20余人撤出村落返回己方后方阵地。
下午2时起，日军又强攻250、278两处高地，东北军在团属迫击炮连的支援下顽强抵抗，日军在两处阵地遗尸近百，攻击稍挫，不得不暂时停止了对两处高地的进攻。下午4时，日军得到增援后，遂以2个中队的规模重点进攻250高地，在守备连长阵亡、全员损失超过80%以后，东北军被迫撤出阵地。
下午5时，天色已趋昏暗，赵毅部以1个连的预备兵力发动反击，当即将立足未稳的日军逐出250高地，并顺势夺回桃园。然而鉴于己方的力量单薄，东北军最终主动放弃桃园返回250高地扼守。
日军虽然在普阳山前遭到挫，但日军已经初步完成既定清除界河以北中**队的目标。3月2日上午7时，沿津埔路推进的日军中路部队开始猛攻界河防线，第127师副师长兼1271团团长赵海清率部殊死抵抗，日军未能得手。
见到中路突破不能奏效，本川省三少将当即命令骑兵第109大队大队长山崎清中佐统率6个中队的左翼部队从池头集一线越过界河。中国守军第1233团在团长姜奎举的率领下于河南的屈庄、望凫、两水泉一线顽强抵抗，直至日暮时分，日军也未能越过界河。
3月4日，日军继续猛攻界河正面阵地，同时以步兵第119联队联队长石田金藏大佐统率约2000人的部队再向普阳山实施重点进攻。日军用150公厘重榴弹炮接连摧毁中方阵地工事，同时飞机也不断实施轰炸。正当守军决议以死殉国之际，西北空军徐州独立航空队接战区命令驰援滕县，一举轰炸了正在进攻中的日军部队，当场炸毁日军重炮2门，炸死日军约200余人，遂使普阳山一线转危为安。
本川遭此失败恼羞成怒，但他毕竟是经过多年严格军事训练的日军酋首，他一方面再度调集兵力佯攻普阳山，一方面却命令日军一部绕过山地丘陵直扑大洋羊。大洋羊守军止有一连，面对五倍于己且火力超出甚多的日军根本无力抵抗，不久大洋羊即告失陷。日军随即越过大王村河，直扑党郎山村、东高庄，企图撇开东北军正面阵地而直接攻打滕县，进而迫使东北军正面战场不战自弃。
守卫此线的第128师赵毅当然不会让日军的图谋实现，他一方面严令两地守军坚持待援，一方面调集东郭、后明一线约2个营的机动兵力迅速驰援，双方迅即在这片丘陵和平原相交杂的地区展开了混战。日军不断向此地增兵，而赵毅也命令城前、城头等地的守军出援，双方的战斗规模越来越大，到了3月6日凌晨，双方已经在此地域形成了一个长约7公里、宽约4公里的庞大战场。
此时日军已经从进攻者变为了被围者，约计12个步、炮、机关枪、工兵中队的近2500余日军被128师2个半团约计7000人分割在此地的十几处村落中。不过这种包围是极其薄弱的，日军凭着强大的战斗力随时可以破而出。为此牛元峰亲自下令军属辎重团和补充团抽调得力之部队增援第128师，与此同时沈克和朱鸿勋部也各挤出一个营的宝贵兵力增援东线战场。
陷入包围圈得日军疯狂反扑着，为了援助陷入罗的同伙本川省三也在急速调度着。