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）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忆文中称：“经过三昼夜的激烈战斗，我方仅连长就伤亡一百余员，士兵伤亡五分之二”。
     考虑到第59军伤亡过重，早在3月16日，徐祖诒即建议该军撤出战斗，转往郯城修整，被张自忠拒绝。
     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合并编成一个旅，约千人，归军直接指挥。据180师39旅参谋长杨遇春回忆文称，该旅“只剩下200多人，其余3000余人皆伤亡。”杨作为旅参谋长，提供的本旅战斗伤亡人数数据应该是可信的。
     关于第59军两次临沂战役的伤亡，张自忠本人在3月29日4时致李宗仁电也曾透露，“伤亡达万余人”。这个数据弹性很大，不少著述干脆直接引为1万人。不过，通过相关资料来推算，第59军的伤亡要远超过1万人。