17日一早，磯谷改變了戰術，集中5000步兵，猛攻滕縣，守軍浴血奮戰，但是兵力單薄，苦力支撐到下午4時，傷亡過半，迫不得已且戰且退，當他們退到距滕縣縣城不到10公里時，王銘章打電話給臨城的孫震求援。孫震當時手中只有一個特務營，其中只有三個步兵連和一個手槍連兵力。接到求援電話，孫震二話沒說，留下一個手槍連，命令三個步兵連火速開到滕縣。他對王銘章說：“戰區調湯恩伯部來增援，明天就會趕到，你務必要固守到明天午後。”

遠水解不了近渴，怎麼辦呢？王銘章只得自己內部調整部署，他命令在滕縣以北沙河的第七二七團張宣武團長，留下兩個營在原地擔負阻擊，抽出一個營由張團長帶隊，跑步趕回滕縣佈置城防。太陽下山時，張團長率部到達滕縣北門，王銘章上前握著他的手說：“估計明天一早敵人就會光顧滕縣，我命令你擔任城防司令。我負責對上聯絡，爭取向總部和我區多要援兵和彈藥。我們倆分工，你負責指揮守城，我負責偵察敵情，提供兵力和彈藥，如果沒有兵力和彈藥，你就打我的屁股。”張團長連夜指揮官兵們構築工事，加固城牆。他還抽出一部分兵力，在內城牆邊挖防空洞和綁雲梯。這樣，在敵人飛機投彈或**時，城牆上留下少數哨兵擔負瞭望哨，多數人隱蔽在防空洞內。如果敵人步兵攻城，防空洞內的官兵便迅速透過雲梯，爬上城牆戰鬥。

後半夜，從徐州方向開來一列火車。車子停穩後，駕駛員告訴王銘章，奉第五戰區的命令，給他們運來了兩車皮子彈和五車皮手榴彈。

聽到這個訊息，把王銘章興奮得緊緊握住駕駛員的手，一個勁地說：“謝謝，謝謝，這真是雪中送炭啊！”他轉身對衛兵說，“快去拿一條香菸來，我要送給這位駕駛員，算是獎勵。”

子彈和手榴彈很快下發到士兵手中，平均每個士兵發了一箱子彈和兩箱手榴彈。有誰知道，這是直到滕縣失守，122師得到的最後的援助。

3月18日，天剛麻麻亮，磯谷就集中了萬餘兵力，由25架飛機掩護，向滕縣發起攻擊。敵人兵力超過中國守軍的半數，還有飛機、坦克配合，這對中國守軍來說，幾一場惡戰。飛機輪番地轟炸著滕縣城，半個小時的轟炸，不但炸燬了房屋，城東南關士寨被炸開了一個15米寬的大缺口。敵人如狂潮般湧進城內。守軍奮勇還擊。雖然敵眾我寡，但由於剛剛補充了足夠的子彈和手榴彈，再加上居高臨下，敵人進攻了七次，均未獲成功，戰鬥至晚上，敵人才收兵休戰。

晚上，王銘章把部隊各主要軍官集中起來，對大家說：“打退的敵人不會善罷甘休，明天，他們會組織更大規模的進攻。我們要有充分準備，要做到人在城在，有一口氣也要與敵人拼到底！”

次日上午8時，磯谷集中了1。5萬步兵，在飛機和坦克的配合下，越發瘋狂地向中國守軍進攻了。不到半小時，數百名日軍憑藉雲梯，登上了城牆。幾分鐘後，中國的敢死隊開始出擊，官兵們揮舞著大刀，吼叫著一步一步撲向鬼子。經過白刃格鬥，雖然將鬼子推下了城牆，但損失巨大，180名敢死隊員只剩下13名了。

下午3時，城牆多處被突破，大批敵人衝進了城，守軍越打越少，王銘章和他的參謀長趙渭賓、副官長羅甲辛被一發炮彈擊中，受了重傷，王銘章為了不拖累大家，開槍自殺身亡。這時，只有張宣武團長及幾個士兵堅守在北門城牆。天黑了，眼看守城無望，張宣武命令開啟北城門，他們擔著王銘章、趙渭賓等人的遺體，向南突圍。一直帶領著滕縣民眾和122師官兵一起堅守城池的滕縣縣長周同見到滕縣已經無法避免陷落的命運，站在城牆上向突圍的官兵高呼：“抗戰以來，只有殉土的將領，沒有殉職的地方官，我要做第一個為國犧牲的地方官！”說完，周同轉身跳下城牆，以自己的生命實踐了自己的諾言。王師長英勇殉國的訊息傳到城內，受重傷的300名士兵以他為榜樣，寧死也不落入敵手，於是互相以手榴彈自炸，全部壯烈犧牲。王銘章將軍犧牲後，守城官兵繼續與日軍搏鬥，入夜之前，日軍佔領了東、南、西三面城牆，而東北、西北兩個城角和北面城牆仍在中國軍隊手中。夜9時，守軍二三百人突出重圍。但在城內，與大部隊失去聯絡的零星小部隊仍在頑強地戰鬥，徹夜槍聲未停，直至18日午前，滕縣才算淪入敵手。滕縣保衛戰自1938年3月14日早晨開始，至18日中午結束，共4天半，計108小時。守軍第41軍守城部隊自第122師師長王銘章以下傷亡5000餘人，在滕縣附近界河、龍山、南、北沙河一帶作戰的第45