考虑到第22集团军在滕县所面临的守备任务艰巨、兵力不足的局面。早在14日,日军开始进攻时,李宗仁曾致电蒋介石,请派军事委员会直接控制于豫东的汤恩伯第20军团第85军第4师增援津浦路。经同意后即电告汤恩伯:“敌于津浦北正面增加兵力,大举反攻,以牵制我鲁南之作战,邓部(指第22集团军)兵少械劣,正面薄弱,两翼空虚,恐难拒敌,已电呈委座调贵军团85军驻商丘之一整师(指第4师),由火车输送至滕县附近,作第22集团军之总预备队。”汤恩伯一方面向蒋介石去电:“恳明定本军归辖系统,以明职责”;一方面电复李宗仁:“恳将本军团全部调津浦北段出击,避免分割零碎使用,以益战局而杜分散,或作无代价之消耗。”实际上不肯令所部转隶别人指挥。当夜21 时,汤恩伯接蒋介石来电,令其“85军即晚准备由商丘乘车经徐州向临城输送,务于17日拂晓前到达临戒集结完毕”的命令,蒋介石同意第52 军也随后东调,虽然隶属于第5 战区,但全军团仍待汤“到徐州指挥”。汤恩伯这才复电李宗仁,应允令第4师出发。

15日11时,李宗仁又电告汤恩伯:“铁道正面敌军已突破界河阵地,进入二十里铺附近”,速令第4师“先头一部开往滕县附近,增加第22集团军正面之抗战”,同时要求第85军“主力集结临城东北地区待机出击”。

16日,当滕县以北第45军阵地相继失守、第41军第122师已被围困于滕县城中、前线形势已极恶化时,第5战区还在计划将进攻的日军消灭于滕县北。当日16时下达作战命令主要内容为:“(1)敌为牵制我鲁南之攻击,现集中济南以南之兵力,由铁路正面向我第22集团军猛攻中。(2)战区为击攘沿津浦线南下之敌,从铁道东侧包围该敌,将其聚歼于邹县以南地区。(3)第22集团军应在现地极力拒止敌人,俟第85军迂回成功后,转为攻势,以收前后夹击之效。(4)第85军除一部直接支援第22集团军巩固滕县城防外,主力由铁道以东地区向下看埠、邹县间迂击敌人,到达邹县南方高地附近后,相机向南与22集团军夹击两下店以南之敌而聚歼之。在迂回运动间,须派出极有力之右侧支队警戒前进。(5)第3集团军应全线对当面之敌反攻,并以有力部队由济宁以北地区向兖州以北攻击前进,努力截断敌之归路并阻止其增援。”第85军第4师先头部队在到达滕县以南的南沙河时,与向临城迂回的日军第63联队先头部队遭遇。汤恩伯抱定“避免临城决战”的方针,急令第85军以“第89师舒旅(第267旅)占领临城、官桥正面”,“主力向东西集山、凤凰庄一带集结”,没有派部队增援滕县。这样,第22集团军急切盼望汤恩伯军团的先头部队第85师增援的希望化为泡影。由于增援滕县的援军未能及时派出,使滕县守军的压力骤增,形势急剧恶化。

17日晨,日军第63联队开始向官桥进攻,日军更大的进攻又开始了。日军50～60门山炮、野炮向县城猛轰,敌机20余架疯狂地投弹扫射,整个滕县城顿时火光冲天,硝烟弥漫,爆炸之声震天撼地。这样连续轰炸了2个多小时后,日军开始向东关进攻。日军以10余辆坦克为先导,掩护步兵向东寨墙轰开的缺口冲锋,同时以炮火分向东关全线和城内施行遮断射击,以牵制中国守军的临时调动和中国军队后线的增援,敌机更是如乌鸦似的满天飞,疯狂地进行低空扫射。防守东关的第124师740团团长王麟率领两个营死守东关,冒着猛烈的炮火,在近距离与日军展开殊死搏斗,双方均伤亡惨重,伤痕累累。

激烈的战斗一直进行到中午12 时。日军的屡次进攻均被中国军队击退,攻势受挫,被迫中止进攻,整顿态势,准备新的进攻。此时,王铭章再次急电孙震,报告战况:(www.daowen.com)

敌以炮兵猛轰我城内,及东南城墙,东门附近又冲毁数段,敌兵登城,经我反击,毙敌无数,已将其击退,若友军深夜再无消息,则孤城危矣。

下午2时,日军用12门榴弹重炮猛轰我南城墙的正面,同时敌机20～30架集中轰炸南关。守备南关的743团两个连队,因昨天深夜才赶到滕县,匆忙布防,仅筑了一些临时掩体,没有坚固的防空设施,以至在很短的时间内便伤亡过半,剩余部队被迫向西关车站附近转移。南城墙被日军重炮轰击后,几乎夷为平地,守军740团的蔡钲营伤亡惨重,城墙的残垣断壁和砖石上沾满了战士们的血肉。日军停止轰击后,五六百个敌兵在10余辆坦克掩护下,立即扑到南城。守城的士兵以血肉之躯同日军死拼,下午3时半,日军占领了南城墙。在场督战的370 旅旅长吕康、副旅长汪朝廉均负重伤。王铭章急向孙震报告:

独立山(滕县东南10余里,是汤恩伯军团预定到达的地点)友军今日仍无枪声,想系被敌所阻,目前敌用野炮飞机,从晨至午,不断猛轰,城墙缺口数处,敌步兵屡登城,屡被击退,毙敌甚多,职忆委座成仁之训,及开封面谕嘉慰之词,决心死拼,以报国家,以报知遇。

正在这时,日军对东关再次发起更猛烈的炮击,寨墙被炮弹炸得犹如锯齿,多处倒塌,工事全被摧毁。东关守军失去凭借,死伤愈来愈多,同时手榴弹已经用尽,难以再战。日军突入东关,守军拼命抵抗。守备东关的740团团长王麟、团政训员胡清溪和守军一起阵亡。