第2次临沂战役后，于麟章称第38师“减员万余人”，张自忠遂决定将该师归并编成一个旅，约千人，归军直接批示。据180师39旅参谋长杨遇春回想文称，该旅“只剩下200多人，其他3000余人皆伤亡。”杨作为旅参谋长，供应的本旅战役伤亡人数数据应当是可托的。・

通过部属单位的伤亡也大略看出第59军伤亡之惨痛。原第38师第113旅旅长李致远在回想文中称，仅在15-18日的刘家湖战役中，“第二二八团原有两千余人，丧失半数以上；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，在打击朱陈镇战役中，该团另有一营人捐躯过半）第2营，第113旅第226团第6、10连，114旅227团第12连。时任第59军军部参谋处作战科少校参谋的王丕廉在回想文中称：“颠末三日夜的狠恶战役，我方仅连长就伤亡一百余员，兵士伤亡五分之二”。

考虑到第59军伤亡太重，早在3月16日，徐祖诒即建议该军撤出战役，转往郯城修整，被张自忠回绝。

16日，第五战区号令各军队别离向豫、皖鸿沟山区突围。中**队且战且退，阵形稳定，按部就班地向西、向南撤退。日军阻一处，中**队冲一处，无所不破，雄师向河南南部及湖北北部集结，各路都接踵冲出重围。为制止与上风之敌作耗损战，当各路敌军向徐州步步合围时，李宗仁令所部各路守军，作稍事抵当后，即相机撤向山区、湖沼地区，停止“化整为零”的游击战，与仇敌胶葛了月余。5月18日傍晚，李宗仁与长官部官兵一应职员700余人，乘夜色经宿县、蒙城，超出敌之包抄圈移驻潢川。留守徐州城的刘汝明部在萧县一带伏击日军第9师团，对日军形成严峻伤亡。日军见中**队大部已走，诡计于徐州城围歼刘汝明部。刘汝明部佯作死守状，及见各路雄师撤尽，按照蒋介石的号令，放弃徐州城，奇妙地跳出日军数十万雄师的重围，安然转移。敌军不但没有击溃刘汝明部，乃至连一个上尉也没有捉到。日军的华中调派军的13师团一起杀来，发明李宗仁唱了一出空城计，又令一心想争功的华北方面军大感波折，日军伤亡了万余人的代价，获得了一座空城。5月下旬，各路雄师按号令的线路，全数安然撤抵皖西、豫南地区。日军沿陇海铁路西进，6月6日占据开封。为禁止日军进步，蒋介石9日命令在郑州东北花圃口四周炸开黄河大堤，河水经中牟、尉氏沿贾鲁河南泛。日军被迫向黄泛区以东地区撤退。会战结束。

2，张自忠第59军刘景岳和于麟章在回想文中称，该军在最后三天（3月14、15、16日）的苦战中，大量毙伤日军，但本身“伤亡也不下6、七千之多”。顾相贞证明此说，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《中国抗日战役正面疆场作战记》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军战役详报则证明了此数据，24日，再次声援临沂的第59军在城西北一带集结时，全军可战之兵独一1.3万人，而该军一战临沂前却有战役兵员2.1万人，减员8000。