1938年3月15日，三万日军已将滕县围得铁桶一样。按照师长王铭章的部署，川军各部队迅速进入指定位置，战士们不顾白天作战和行军奔波的疲劳，抓紧时间抢修工事，挖掘防空洞，绑扎登城云梯。
为什么要绑扎云梯？
原来，滕县的城墙既高又陡，只在每座城门的旁边设了一条登城的路。
白天，日军敌机投弹、扫射和炮火轰炸时，守城官兵为减少伤亡，只在城上留少数瞭望哨，其余都转移到城墙脚下的防空洞内隐蔽、休息，日军飞机一离开，或者炮火一停，再迅速登城抵抗。
光靠城门旁边那一条道路，上下很不方便，容易贻误战机，指挥所要求每一个班至少绑扎一架云梯，以备迅速登城之用。
县城内武器弹药贮备充足，各部队都得到足够的补充。战士们打开手榴弹的箱子，揭开手榴弹的盖子，随时准备投入战斗。
一切准备妥当后，东方已露出鱼肚白。
矶谷廉介没有料到，从界河到龙山，从普阳山到滕县城关，一路上碰到的尽是硬钉子，特别是在滕县城关，兵员伤亡很大，仍拿不下一座县城。
他恼羞成怒，连夜调集十师团和一零六师团的一个旅团，共3万多兵力，加上数十门大炮、百余辆坦克，将滕县东、南、北三面包围起来。
17日黎明，日军精锐部队再次向滕县城关发起进攻，先是五六十架飞机对城厢狂轰滥炸，接着8门15吨重炮密集发射，城关顿时房倒屋塌，壁断垣残，石板街道被炸成一个个深坑，全城一片火海，遍地皆成焦土。
6时许，日军用火炮将东关寨墙轰开缺口，然后以10余辆坦克为先导，掩护步兵向缺口冲锋。同时，炮火向东关全线和城内施行遮断射击，以牵制守军的临时调动和后线增援。
在强大炮火掩护下，日军突击队300余人开始攀城，守城部队居高临下，以步枪、手榴弹将其全数击毙。日军又派遣突击队200多人蜂拥攀城，也被守军全部歼灭。
这时，南城城墙也被敌炮猛轰坍塌，出现一个两丈余长的大缺口，城厢民房到处起火燃烧。
一二四师七四零团团长王麟率部前往堵缺，双方短兵相接，反复肉搏，最终将日军击退，完成堵塞任务，但是王麟却不幸中弹牺牲。
在东南城角，日军以密集炮火猛轰城垣，半小时左右轰开一个大缺口，在七八辆坦克的掩护下，百余名日军向城内猛冲。
守卫在此的七二七团二连战士们奋不顾身，用集束手榴弹炸毁两辆坦克，炸毙五六十名日军。
但是在日军的密集火力下，二连官兵全部阵亡，四五十个日军乘机冲上城墙。
七二七团一营营长王承裕见状，立即命令营预备队第一连反击。在仅有两挺轻机枪掩护下，连长张荃馨率领官兵向敌猛扑。
一阵手榴弹投掷出去之后，战士们抡起大刀，横劈竖砍，一场白刃交手战后，将敌人全部歼灭。
一连的150名官兵只剩下14名士兵，张荃馨和副连长贺吉仓等全部捐躯。
这场激战，一直持续五六个小时，两路进攻之敌均被击溃。至中午，双方暂时中止战斗。
午后1时许，日军发动更加猛烈的攻势，敌机将城内大半房屋炸平，炮火持续不断，守军伤亡过半。
王铭章率领参谋长赵渭滨、副参谋长邹绍孟在城垣上往来督战，各旅、团长和周同县长都在一线指挥。情势越来越险恶，大家都盼着援军从天而降。
然而，汤恩伯军团的八十五军却在滕县与临城之间被日军死死缠住，无法接近滕县。
下午2时30分，日军又将攻击重点转向南城墙及南关，12门火炮猛烈轰击南城墙和南关街市，二三十架飞机集中轰炸南关。
南关是防御的薄弱部分，守备部队是一二四师七四三团的一个残破部队，昨夜才由大坞转移至此，匆忙布防，阵地只有简单的掩蔽工事。
很短时间内官兵即伤亡过半，剩余部队在南关也无法存身，被迫转移到西关车站附近继续抗击。
南城墙在被敌重炮轰炸1个多小时之后，城墙几乎夷为平地，处处可以攀登。守备部队一二四师七四零团的蔡证营，突遭敌炮猛烈轰击，血肉与砖石交织在一起。
轰炸之后，五六百名日军在十余辆坦克的掩护下拥向南城墙，三七零旅旅长吕康、副旅长汪朝廉亲临城墙指挥，与南城墙上的一二二师七二七团官兵并肩抗敌。
战斗中，吕康、汪朝廉负伤，身边的士兵纷纷倒下。但是，南城墙依然是阻敌屏障。
下午3时30分，日军忽然增兵2000余人，并发射密集的燃烧弹，南城墙内火光滔天，守军阵地陷入一片火海，发出一片惨叫声，负伤官兵来不及撤退，与阵亡忠骸一道瞬间化为灰烬，其状惨不忍睹。
南城墙终于被敌攻克。
日军占领南城墙后，在城墙上架起机枪，以猛烈火力掩护步兵，从西南城角向西城墙上的守军攻击。
同时，日军炮火猛轰西城门楼。下午5时，西门和西门以南的城垣被占。
浓烟和尘埃遮天蔽日，使黄昏的天空更显灰暗。王铭章退守到城中心十字街口，嘶哑着嗓子指挥作战。
他清楚地记得，李宗仁给他下达命令时，是要他坚持到下午5时。
他掏出怀表看了看，时间已过。他转身问参谋长赵渭滨：“李长官给我们下撤退的命令了吗？”
赵渭滨明确地说：“没有，但是他规定的时间已经过了。”
王铭章坚决地说：“既然没有接到命令，我们就要死守住，否则就是临阵脱逃！”
此时，呼啸而至的炮弹震耳欲聋，到处是死尸残躯，日军已从东、西、南三面攻进城内，精疲力竭的守军使出最后力量，与日军展开肉搏战。
滕县保卫战自3月14日晨开始，至18日中午结束，共4天半，计108个小时。
为攻下滕城，日军不惜血本，仅16、17两日，滕县城关落下的炮弹就达3万余发。
四十一军自一二二师师长王铭章以下伤亡5000余人，四十五军自一二七师师长陈离以下伤亡亦达四五千人，总共伤亡1万多人。
日军也付出沉重代价，死伤军官320余人，1500余名士兵被击毙，5700余人负伤。
滕县城内尸横遍野，血流成河，城内建筑成为一片焦土。