各部与小鬼子血战到晚9点，小鬼子第10联队集结在姜家楼、王庙一线，联队长吃才八重藏大佐综合各方情报判断。
“川军主力集结一线，滕县附近无大量兵力，决心抛开当面阵地，第2天拂晓以两个大队，兵分两路乘虚攻击滕县县城。”
3月15日，小鬼子进攻界河正面阵地，王师长为巩固一线阵地，急调守城的第三七二旅驰援池头集，稳住阵地。
中午，为防止小鬼子渗入滕县左侧，王师长又令防守北沙河的七二七团抽出一营兵力，到滕县西部的洪町、高庙布防。
下午，小鬼子又增加兵力攻打界河，仍未得手，以突然动作向滕县方向右旋迂回。
下午5点，其先头部队已达滕县的龙阳店、冯河一带，距城仅有十余里。
小鬼子的企图十分明显，想撇开正面阵地，不打阵地战。
直攻侧背战略要点滕县城，迫使守军主力放弃正面阵地。
让主线防御就形同虚设，不攻自破。
此时，滕县城内兵力空虚，只有一二二、一二四、一二七3个师部和三六四旅旅部，共有4个特务连、4个通讯班、4个卫生队，约计千余人，没有一支战斗部队。
紧急关头，第一二二师王师长，急调防守北沙河的七二七团章宣武团长，和一个营的战斗部队回城防守，并任命章宣武为城防司令，负责守城。
又电令，在平邑前线的第一二二师第二六六旅火速回滕。
恐该旅途中受阻，王师长又用电话向司令部求援……
但王军长以须等军团到齐，才能北上为由，按兵临城不动。
孙军长万般无奈，只好将正在总部值勤的特务营，除留下一个手枪连作警卫外，其他3个步兵连由刘营长带领，乘火车驰援滕县城，入夜后到达。
午夜后，第二六六旅只有驻城前的一个营到达滕县东关，其他部队途中被敌所阻，绕道向临城方向撤去。
王师长能指挥的城内各部仅三千余人，这其中有滕县警察和保安队四、五百人在内，其中能参战的不到两千人，难以抵御装备齐全的小鬼子。
王师长召开紧急会议，研究战略决策问题，多数人认为只能守1天，不如到城外机动作战。
王师长用电话向孙军长汇报，最后没有结果，让他们死守……
3月16日晨8点。
小鬼子第10联队的第1大队，已抵达城下。
滕县县城高耸，规模宏大，城墙高10米，厚5米，外壕深5米，宽12米，北面最完备，东面次之，南面虽然比较薄弱。
但小鬼子进攻的，却是川军的防御重心。
城东北角约150米有一高30米的喇嘛塔，从此处了望，腾县内外情况一览无余，对小鬼子炮兵观察十分有利。
小鬼子就占据此处，指挥部队行动。
上午10时，小鬼子野炮第一大队，步兵第3大队，与国军一直战到晚上8时战斗才停止。
只有小鬼子的照明弹，不时划破夜空，照得城内外如同白昼。
晚9时，王师长决心放弃滕县外城阵地，把第四十一军所属部队全部调进城内，集中兵力防守。
于是，命令在大坞、洪町、高庙和北沙河的官兵火速回城。午夜前后，各部队先后来到县城。
王师长召开紧急会议，重新部署防城，口头奖慰章宣武团长、严营长作战英勇、指挥有方。
并命令全军深沟高垒，多挖防空洞，绑捆云梯，准备登城迎击。全体官兵遵令执行，一直忙到天亮。
与此同时，小鬼子也调兵遣将，第10联队一直希望不破坏内城的情况下占领滕县。
但是，由于川军的抵抗意外的顽强，战斗处于胶着状态，特别是城内还有许多外国人，尤其是有得国人的建筑和旗帜，让小鬼子联队有些投鼠忌器。
而川军的核心阵地就设在外国教堂内，最后联队长下定决心，由他承担因为战斗引起的国际纠纷。
计划了第二天的炮击计划。敌我双方准备就绪，一场恶战即将开始。
3月17日早6点，小鬼子以五、六十门大炮、二十余架飞机轰炸，城内外除北关因系m国教堂外，一时硝烟弥漫，墙倒屋塌，街上都被倒塌的建筑物堆成一个个小山丘，原来的石板街道被炸成一个个深坑，全城一片火海，遍地都是焦土。
两小时后，小鬼子开始进攻东关，十余辆坦克，从东寨墙的塌口冲过，后边紧跟着一排排的小鬼子。
下午2时，小鬼子以12门重型榴弹炮猛轰南城墙，三十架敌机狂炸南关守军。
南关守军被迫转移，只能在西关外火车站附近阻敌。
南城墙被敌重炮轰开一个大缺口，五、六百小鬼子，在十余辆坦克的掩护下猛扑南城。
第一二四师三七○旅吕旅长、汪副旅长亲临城墙指挥，均受重伤，守兵死伤殆尽。
下午3点，小鬼子占领了南城墙，并突入东关，守备东关的第一二四师七四○团王团长战死。
下午5点。
许西城门楼落入敌手。
小鬼子占领西城门楼后，即集中火力向城中心十字街口扫射。
王师长及其随行无法存身，准备移至西关火车站继续指挥守城。他命令身边仅有的一个特务排，向西城门猛扑，被小鬼子的机枪全部打倒。
王师长身边无兵可派，不得已从西北角缒城奔火车站。
王师长一行刚到西关电灯厂附近，不幸被西城门楼上的小鬼子发现，一阵密集的扫射，王师长等几十人为国捐躯。
与此同时，小鬼子用平射炮的破甲弹猛轰东城门，城楼中弹起火。
川军将士奋勇血战，终因弹尽粮绝，无力反击潮水般涌进的小鬼子，黄昏时退守到东北城角和北面城墙。
第三六四旅旅长王智远和城防司令章宣武中弹负伤，城内守军无人指挥，陷入各自为战的状态……
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