同時告知第20軍團第85軍正在馳援途中。
孫震將情況及命令告知王銘章後，王銘章決定加強城防力量，固守待援。
立即電令城前第366旅迅急回援滕縣，令第364旅炸毀鐵路大橋，留1個營防守北沙河，1個營防守城西洪町，其餘撤入城內。
令臨城的第41軍特務營趕赴滕縣。
15日黃昏時，界河陣地已被突破，龍山被敵包圍。
由城前返回的第366旅僅先頭1個營撤回滕縣，主力在城頭村附近與日軍迂回主力部隊遭遇，被迫向臨城方向退走。
至15日夜，滕縣城關地區的部隊雖然番號很多，但實際戰鬥部隊僅有11個步兵連、1個迫擊炮連，共約2000餘人。
此外還有師、旅部的4個特務連約500人，滕縣地方武裝約500人，總計約3000餘人。
由北沙河退入城中的第122師第364旅第727團團長張宣武受命為滕縣城防司令，統一指揮城關各戰鬥部隊。
他部署由城前退回的第398旅的1個營防守東關，令第727團1個營防守東、北麵城牆，令由臨城趕來的第41軍特務營防守西、南城牆；其餘為預備隊，控製於東門內。
日軍瀨穀支隊進至滕縣附近時將部隊區分為兩隊。
其支隊主力進攻滕縣，第63聯隊配屬一部炮兵及戰車，由辛莊、中頂山迂回至滕縣以南，切斷滕縣中國軍隊的退路，並向臨城攻擊前進。
16日8時，瀨穀支隊留一部兵力繼續進攻北沙河，主力迂回向滕縣發起進攻。
先對東關進行了約2小時的炮火準備，然後集中火力將東關外圍土圍牆轟開一個缺口，在猛烈機槍火力掩護下，以約2個小隊的步兵向缺口處衝擊。
守軍以密集的手榴彈火力封鎖了缺口，並將敵擊退。10時至16時，日軍對東關連續發起了5次衝擊，均被守軍擊退。
但守軍傷亡太多，曾3次從城中調預備隊補充。
日軍經整頓後，於17時許又組織第6次衝擊，突擊部隊改以三梯隊實施波浪式衝擊。
同時還延伸火力向東門及城內實施攔阻射擊，以阻止城內部隊增援。
“砰砰砰——”
日軍步兵第33旅團下轄的步兵第63聯隊，在聯隊長的指揮下，瘋狂的向著藤縣東門發起進攻。
守衛城牆的727團的這個營，在激烈的戰鬥中，已經損員過半了。
不過，麵對小鬼子的不斷衝鋒，負責駐守東門的這個營的戰士們，依舊在城門口奮勇作戰，毫不畏懼。
此刻，滕縣的最高指揮官王銘章將軍，正在跟參謀長趙謂憲，副官長羅甲辛，參謀謝大墉等人商量接下來的防守辦法。
“就在剛才，我們已經失去了和外界的通訊聯係了。”王銘章將軍一臉肅穆的說道：“現在，滕縣已經成為了一座孤城，根據謝參謀的統計，我們在滕縣城內，大概還有三千人左右，而在外麵進攻我們的日軍，大概有一萬五千人左右！”
說出敵我雙方的兵力對比之後，王銘章將軍繼續說道：“仗已經打到這個地步了，我也不跟大家扯沒有用的了，我們就下定決心死守滕城，我和大家一道，城存與存，城亡與亡！”
聽到王銘章將軍這麼說，趙謂憲參謀長等人也齊聲高喊道：“城存與存，城亡與亡！”