第一次聽到龐炳勳的名字，他還是和張自忠将軍并列在一起的，1938年2月龐炳勳奉調臨沂，參加台兒莊大戰，龐炳勳所部當時負責駐守臨沂，日軍闆垣師團向着龐炳勳部發起猛烈進攻，陣地一度動搖，而當時張自忠将軍曾率59軍親自馳援，二者在臨沂艱難防守，取得了幾次臨沂大戰的勝利。
實際上張自忠和龐炳勳兩個人曾經有仇，據說還是在中原大戰的時候，龐炳勳率部差一點就将張自忠将軍斬首，要不是後來跑得快，可能就沒命了，也有因為兩人有這個沖突，當時龐炳勳死守臨沂的時候，一聽說是張自忠離他最近，一度認為自己快完了，好在張自忠将軍不念舊惡，欣然前往，兩人在戰場上握手言和，一度曾經讓人感佩，但沒想到的是，張自忠将軍犧牲在抗日戰場上，而龐炳勳卻叛國投敵。
龐炳勳所部曾與精銳日軍激戰，損失慘重，最慘的時候，兵力僅剩不到一個旅，老蔣也感念龐炳勳做出的貢獻，後來為龐炳勳所部補充了不少的兵力和裝備，甚至還專門派了一個師下轄龐炳勳所部之中，改變了龐炳勳一個軍長期以來隻有一個師的記錄，這支部隊後來調往華北戰場，曾經和八路軍所部有部分摩擦。
不過龐炳勳為人也十分精明，每戰出工不出力，是以得以保全，後來升任二十四集團軍總司令，雖然所部擁兵7萬之衆，但是龐炳勳這時候面對日軍的掃蕩，多少有點消極的意思，但日軍掃蕩的時候，可完全沒有給這位總司令的面子，加上龐炳勳所部本來就四散分開，以至于掃蕩中被日軍各個擊破，數萬大軍一夕之間崩潰。
龐炳勳腿上本來也有傷，走不快，逃跑的時候是被人用滑竿擡着走，身邊就生下了40軍軍部十幾個人還在身邊，老龐躲到了一個山洞裡面沒出來，卻意外之下碰到了一個老熟人孫殿英，這兩人之前都是西北軍的老熟人，當地群眾也以為沒事兒，是以就把孫殿英放進來了，哪知道孫殿英早就歸降了日本人，這次來是專門勸降的，氣得龐炳勳大罵。
但日軍後來派了一個少尉軍官勸說老龐，老龐卻欣然投降了，這個日軍軍官名叫田中徹雄，這個人雖然在部隊中擔任要職，但是他的任務可不一般，其畢業的東亞文書學院，專門是培養日軍間諜人員，以便必要時在戰場上勸說敵方将領投降，這個人先後多次出入過老龐軍部，也算是個老熟人，當時龐炳勳自恃擁有幾萬大軍，是以堅持不投降，但這時候幾萬大軍灰飛煙滅，自己也是沒牙的老虎，再打下去命也沒了，是以幹脆投降了。