就在唐峰指挥部队进攻威海卫军港的时候，雷霆纵队第二集团军的部队在刘伟晨指挥下从济南城出发，兵锋直指徐州城，这天军队来到苏鲁两省交界处，在运河北岸安营扎寨，清军在张勋指挥下布置了运河北岸地雷阵，构筑了南岸机枪阵地和炮兵阵地，使尽浑身解数，企图阻止雷霆纵队渡河。两军隔河对峙，呈现出一派剑拔弩张的景象。
部队驻扎下来以后，罗升和向刘伟晨报告说：“参谋长，据我手下的侦察兵报告，对岸的清军人数众多，防御工事也很完备！”
刘伟晨回答：“你要安排了解掌握清军防守比较薄弱的，寻找便于我们突破的地方!”
经过各部队共同努力，渡河的船只、木筏等很快准备就绪，刘伟晨下令开始全面进攻，炮兵部队对清军前沿阵地进行渐进式炮火覆盖，炮弹在清军阵地爆炸，许多构筑的工事变成碎片，被炮火炸上太空，又像泥石雨一样，一阵接一阵的散落在地，守卫在工事的清军死伤严重，剩下的人放弃北岸阵地慌乱的往南岸撤退。
爆炸炮击停止后，工兵们立即开始行动，他们拿着扫雷器、小红旗和铁锹来到地雷阵附近，开始小心翼翼地排雷，只要发现地雷，把它们挖出来，或者在埋地雷的地方插上小红旗，提醒后面的部队注意安全。运河南岸的敌人自然不会对共和军的排雷行动坐视不管，他们有的用机枪扫射，不断开炮射击，对雷霆纵队的排雷行动进行干扰。由于雷场密度太大，再加上有敌军干扰，直到当天下午战士们才把河北岸的障碍清除完毕。
看到雷霆纵队准备渡河，张勋下令成立督战队，手持大刀在阵地上督战，只要发现企图逃跑的人直接砍杀，清军不但要防备雷霆纵队的进攻，还要防备背后的督战队。
天空淅沥沥的下起了雨，清军认为雷霆纵队不会在晚上过河，总算松了一口气，疲惫的官兵除了哨兵外都进入梦乡。
当晚十点，刘伟晨下达命令各部检查装备，开始渡河。雷霆纵队的阵地上升起了三枚红色信号弹，雷霆纵队的战士们开始渡河，密密麻麻的船和木筏像离弦的箭一样快速向对岸划去。在前面的部队过了河中线的时候，被清军哨兵发现了，清军哨兵立即向渡河的船只方向开枪射击。听到枪声，清军阵地上一片忙乱，知道雷霆纵队开始渡河进攻了。清军军官费了九牛二虎之力把哨兵聚拢起来，慌慌张张地进入阵地。在军官的指挥下激烈的枪炮声响了起来，拼命地开枪开炮射击。
渡河的士兵们面前出现了一道弹幕，不少战士纷纷中枪落水。刘伟晨下达命令，所有火炮立即向运河南岸的清军阵地开炮，压制清军的火力，进行地毯式覆盖，掩护渡河部队过河。
顿时一枚枚炮弹拖着明亮的尾焰飞向敌军阵地。在遭到炮击后，清军阵地混乱不堪，士兵到处乱窜躲藏。
通讯员跑进了刘伟晨的指挥部：“报告参谋长！前方报告说敌军火力猛烈，我军渡河受阻，请指示！”
刘伟晨说：“命令徐浩峻组织部队前去支援，一定要冲过运河，不惜任何代价！”
“是！”通讯员跑出去传达命令。嘹亮的冲锋号响了起来，一批批的士兵前仆后继向着运河南岸发起冲锋。在猛烈的攻势之下，清军终于坚持不住了，一些清军士兵丢掉武器逃跑了。他们身后的督战队员见状赶紧过去阻止，可是这并不能阻止士兵们想要逃跑的势头，他们纷纷调转枪口向督战队员发起攻击，把督战队员打得抱头鼠窜。由于清军倒戈，雷霆纵队终于冲上了运河南岸，他们一面构筑滩头阵地，一面派人向刘伟晨报告。刘伟晨得报之后，立即下令：“装甲车坦克车等辎重部队立即过运河。”张勋见大势已去，只得命令部队放弃阵地，向徐州城撤退与袁世凯会合。
接到命令后，清军交替掩护着撤出了阵地，一面继续还击，一面南撤。雷霆纵队在刘伟晨的指挥下，在后面紧追不舍。清军在九里山以北遇到了袁世凯派出的援兵，两军合兵一处，稳住阵脚，继续抵抗，刘伟晨见敌军援兵已至立即下令停止追击。
狼狈不堪的张勋找到段祺瑞（袁世凯部下的一个都统）对他说：“段将军！唐匪真是诡计多端，他们在雨夜发动进攻，而且火力凶猛，不惧死亡，打倒一个又上来两个。如果没有督战队，运河防线恐怕早就崩溃了！”
段祺瑞叹了一口气：“唉，张将军你长期驻守徐州，没和唐军交过手，这些人不但诡计多端而且拥有怪异武器，在济南的时候，他们就动用了一种可以飞在天上发射炸弹的武器，把我们炸得抱头鼠窜，比你现在狼狈得多。”
张勋听了吓得出了一身冷汗。段祺瑞见状安慰道：“张将军不要害怕，据我手下的探马（侦察兵）报告，这次唐军的带队主将不是唐峰，而且也没发现那些会飞的武器。”张勋听到这里才放下心来。
就在段祺瑞和张勋谈话的时候，在雷霆纵队的大营里刘伟晨和张功圆也在交谈，原来张功圆接到安营扎寨的命令后十分不解，安顿好部队之后，他就找到刘伟晨敬礼说：“参谋长！我军刚刚突破敌人的运河防线，正是乘胜追击消灭敌人的的好时机，为何下令停止进攻啊？”
刘伟晨回答：“张师长！我们面前的这座山叫九里山，是保卫徐州的重要屏障。在楚汉相争之时，汉军的大将韩信就在此摆下十面埋伏阵，大败楚霸王项羽，此后在这里也发生过多次战斗。现在我军到此，必须谨慎行事。”
张功圆回答：“是！”。
清军在徐州地区的最高统帅袁世凯和俄国援华军总司令格罗杰科来到前线，接见了段祺瑞、张勋等联军的主要将领。在汇报战况的时候，张勋说道：“袁大人！在前两次的战斗中，我们发现唐军不仅装备精良而且诡计多端，他们竟然在雨夜发动进攻，打得我们措手不及！”
张勋说完之后一个俄军军官站起来汇报：“张将军说得对，敌人的确很狡猾，为了防备狙击手，他们的军官不佩带军衔出现在阵地，我们的狙击手很难辨认出谁是军官，更可怕的，他们一旦发现我们的狙击手就会用火炮（迫击炮）射击，我们的狙击手再厉害也不是炮弹的对手。随后又有几个军官要求发言，发言结束后，袁世凯调整了徐州城的防御部署，加强九里山防线的兵力。
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