5000人迫近滕县东郊，首先向守备滕县东关的警戒部队进攻。
8时许，敌集中炮火向滕县东关、城内和西关火车站s击，同时，敌飞机10余架飞临滕县狂轰滥炸。
驻在西关的王铭章在敌轰炸开始后，通过电话询问情况，随后跑步进城，他判断东郊之敌即将大举进攻，大战迫在眉睫，便昭告全城官兵，“吾决心死守滕城，我和大家一道，城存与存，城亡与亡。”随后命令将南北城门堵死，东西城门暂留交通道路，也随时准备封闭。师部和直属部队也由西关移进城内。
日军自8时开始，持续炮击了两个小时，10时许停止s击，沉寂了约30分钟，突然集中炮火猛烈轰击东关南半部寨墙的突出部，掩护步兵进攻。
守城官兵毫不畏惧，沉着应战，隐蔽在缺口两侧，当敌兵约五六十人刚要向缺口冲锋时，向敌猛投手榴弹，将敌大部歼灭。就这样，担负缺口段守备的一连，接连打退敌军三次冲锋，而自己也伤亡近百，由预备队替换下来。下午2时，日军再向东关东北角猛攻；5时，又猛攻东关门，均被守城部队击退。日军遗尸累累，守军亦伤亡惨重。当晚，战斗停止。
滕县正面45军部队经过3天浴血奋战，伤亡过半。
16日午，正面阵地被敌突破。45军从滕县两侧撤退。当晚，41军124旅中途遇敌，绕道到达临城。王铭章根据兵力变化情况，重新调整部署。同时，命令各部抓紧补充弹药，构筑工事；在城墙下隐蔽的部队，每班扎一架云梯，随时准备登城反击。
援军汤恩伯部王仲廉军15、16日陆续到达临城，先头部队1个团刚下火车孙
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