各部與小鬼子血戰到晚9點，小鬼子第10聯隊集結在薑家樓、王廟一線，聯隊長吃才八重藏大佐綜合各方情報判斷。
“川軍主力集結一線，滕縣附近無大量兵力，決心拋開當麵陣地，第2天拂曉以兩個大隊，兵分兩路乘虛攻擊滕縣縣城。”
3月15日，小鬼子進攻界河正麵陣地，王師長為鞏固一線陣地，急調守城的第三七二旅馳援池頭集，穩住陣地。
中午，為防止小鬼子滲入滕縣左側，王師長又令防守北沙河的七二七團抽出一營兵力，到滕縣西部的洪町、高廟布防。
下午，小鬼子又增加兵力攻打界河，仍未得手，以突然動作向滕縣方向右旋迂回。
下午5點，其先頭部隊已達滕縣的龍陽店、馮河一帶，距城僅有十餘裡。
小鬼子的企圖十分明顯，想撇開正麵陣地，不打陣地戰。
直攻側背戰略要點滕縣城，迫使守軍主力放棄正麵陣地。
讓主線防禦就形同虛設，不攻自破。
此時，滕縣城內兵力空虛，隻有一二二、一二四、一二七3個師部和三六四旅旅部，共有4個特務連、4個通訊班、4個衛生隊，約計千餘人，沒有一支戰鬥部隊。
緊急關頭，第一二二師王師長，急調防守北沙河的七二七團章宣武團長，和一個營的戰鬥部隊回城防守，並任命章宣武為城防司令，負責守城。
又電令，在平邑前線的第一二二師第二六六旅火速回滕。
恐該旅途中受阻，王師長又用電話向司令部求援……
但王軍長以須等軍團到齊，才能北上為由，按兵臨城不動。
孫軍長萬般無奈，隻好將正在總部值勤的特務營，除留下一個手槍連作警衛外，其他3個步兵連由劉營長帶領，乘火車馳援滕縣城，入夜後到達。
午夜後，第二六六旅隻有駐城前的一個營到達滕縣東關，其他部隊途中被敵所阻，繞道向臨城方向撤去。
王師長能指揮的城內各部僅三千餘人，這其中有滕縣警察和保安隊四、五百人在內，其中能參戰的不到兩千人，難以抵禦裝備齊全的小鬼子。
王師長召開緊急會議，研究戰略決策問題，多數人認為隻能守1天，不如到城外機動作戰。
王師長用電話向孫軍長彙報，最後沒有結果，讓他們死守……
3月16日晨8點。
小鬼子第10聯隊的第1大隊，已抵達城下。
滕縣縣城高聳，規模宏大，城牆高10米，厚5米，外壕深5米，寬12米，北麵最完備，東麵次之，南麵雖然比較薄弱。
但小鬼子進攻的，卻是川軍的防禦重心。
城東北角約150米有一高30米的喇嘛塔，從此處了望，騰縣內外情況一覽無餘，對小鬼子炮兵觀察十分有利。
小鬼子就占據此處，指揮部隊行動。
上午10時，小鬼子野炮第一大隊，步兵第3大隊，與國軍一直戰到晚上8時戰鬥才停止。
隻有小鬼子的照明彈，不時劃破夜空，照得城內外如同白晝。
晚9時，王師長決心放棄滕縣外城陣地，把第四十一軍所屬部隊全部調進城內，集中兵力防守。
於是，命令在大塢、洪町、高廟和北沙河的官兵火速回城。午夜前後，各部隊先後來到縣城。
王師長召開緊急會議，重新部署防城，口頭獎慰章宣武團長、嚴營長作戰英勇、指揮有方。
並命令全軍深溝高壘，多挖防空洞，綁捆雲梯，準備登城迎擊。全體官兵遵令執行，一直忙到天亮。
與此同時，小鬼子也調兵遣將，第10聯隊一直希望不破壞內城的情況下占領滕縣。
但是，由於川軍的抵抗意外的頑強，戰鬥處於膠著狀態，特彆是城內還有許多外國人，尤其是有得國人的建築和旗幟，讓小鬼子聯隊有些投鼠忌器。
而川軍的核心陣地就設在外國教堂內，最後聯隊長下定決心，由他承擔因為戰鬥引起的國際糾紛。
計劃了第二天的炮擊計劃。敵我雙方準備就緒，一場惡戰即將開始。
3月17日早6點，小鬼子以五、六十門大炮、二十餘架飛機轟炸，城內外除北關因係國教堂外，一時硝煙彌漫，牆倒屋塌，街上都被倒塌的建築物堆成一個個小山丘，原來的石板街道被炸成一個個深坑，全城一片火海，遍地都是焦土。
兩小時後，小鬼子開始進攻東關，十餘輛坦克，從東寨牆的塌口衝過，後邊緊跟著一排排的小鬼子。
下午2時，小鬼子以12門重型榴彈炮猛轟南城牆，三十架敵機狂炸南關守軍。
南關守軍被迫轉移，隻能在西關外火車站附近阻敵。
南城牆被敵重炮轟開一個大缺口，五、六百小鬼子，在十餘輛坦克的掩護下猛撲南城。
第一二四師三七○旅呂旅長、汪副旅長親臨城牆指揮，均受重傷，守兵死傷殆儘。
下午3點，小鬼子占領了南城牆，並突入東關，守備東關的第一二四師七四○團王團長戰死。
下午5點。
許西城門樓落入敵手。
小鬼子占領西城門樓後，即集中火力向城中心十字街口掃射。
王師長及其隨行無法存身，準備移至西關火車站繼續指揮守城。他命令身邊僅有的一個特務排，向西城門猛撲，被小鬼子的機槍全部打倒。
王師長身邊無兵可派，不得已從西北角縋城奔火車站。
王師長一行剛到西關電燈廠附近，不幸被西城門樓上的小鬼子發現，一陣密集的掃射，王師長等幾十人為國捐軀。
與此同時，小鬼子用平射炮的破甲彈猛轟東城門，城樓中彈起火。
川軍將士奮勇血戰，終因彈儘糧絕，無力反擊潮水般湧進的小鬼子，黃昏時退守到東北城角和北麵城牆。
第三六四旅旅長王智遠和城防司令章宣武中彈負傷，城內守軍無人指揮，陷入各自為戰的狀態……