瀨穀啟少將指揮的這路日軍，孤軍前出，不能及時得到其他部隊的增援，成為相對好打之敵。戰爭指導者要善於抓住處於孤立態勢之敵打擊之。在敵人無隙可乘時，不要輕舉妄動，而冷靜地觀察戰局的變化，等待其脫離主力、孤軍深入之敵的出現，以便為己所用。戰爭指導中，打擊孤立之敵，不是一種軟弱的行為，而是一種理智的表現。脫離主力，孤軍深入之敵，常常是在戰鬥過程中出現的，這就要求戰爭指導者要善於抓住戰機。
這路日軍人數雖然不多，但配備了眾多炮兵，在炮兵火力上有較大優勢。日軍進攻滕縣，憑借炮火優勢，占據了主動地位。但在台兒莊卻遭到滅頂之災。
3月14日，天剛蒙蒙亮，日軍的飛機就飛臨滕縣上空，對滕縣進行狂轟濫炸。緊接著，炮彈一陣接一陣地落在滕縣縣城，日軍在坦克的掩護下，向滕縣附近的中國守軍陣地發起攻擊。防守滕縣的中國守軍在第122師師長王銘章的指揮下，拚死堅守。
孫震總司令得知日軍大舉進攻滕縣，立刻從臨城乘火車趕到滕縣，不顧日軍密集的炮火，到前線陣地察看。在北沙河地段，孫震把附近部隊的指揮官召集到一起，明確提出了抗擊日軍的作戰方法。孫震在陣地上大聲說：“為了國家存亡，必須人人抱定‘有敵無我、有我無敵’的決心，與敵死拚，不負男兒七尺之軀。”
孫震臨陣動員，振奮了滕縣守軍的士氣。官兵們互相轉告孫總司令的訓話，勉勵自己。
3月15日，日軍陸續增加部隊，上萬日軍向滕縣右側迂回，加強了對滕縣的進攻。滕縣東北十餘裏的馮河、龍陽店等幾個主要據點被日軍包圍。下午５時，日軍主力向滕縣逼近。此時，王銘章師長能夠指揮的滕縣守城部隊，隻有8個步兵連、1個衛生隊，連同滕縣縣城的警察和保安隊，一共也不到3000人，真正有戰鬥力的部隊隻有近2000人。麵對裝備精良的日軍的連續進攻，滕縣的處境非常危急。王銘章臨危不懼，動員官兵誓死報國，部隊士氣高昂，一次又一次地把日軍擊退。
3月16日，從黎明開始，日軍向滕縣東北方向發動猛烈進攻，上萬發炮彈瀉落在滕縣城內，飛機整整轟炸了一天，滕縣城內的老百姓驚恐萬狀。第127師師長在戰鬥中光榮負傷。堅守滕縣外圍各主要據點的中國守軍互相隔離，被迫各自作戰，一些據點的官兵壯烈犧牲。
孫震總司令獲悉滕縣的戰況，打電話給王銘章：“昨天，湯恩伯的先頭部隊已到臨城，後續部隊會陸續趕到。你們必須堅守滕縣。你的指揮所應立即移到城內，你要親自指揮守城事宜。如果守城兵力不足，可以把城外的兵力調進城內。”
“我們一定固守待援。”王銘章堅定地表示。
王銘章到滕縣指揮所後，當即告誡滕縣城內全體官兵：我部必須死守滕縣。我和大家一起，城存與存，城亡與亡。現在，立即把南門和北門堵死，東門和西門暫時留出通道，沒有我的命令，任何人不準出城，違紀者，就地正法。
命令傳下去後，王銘章師長鎮定自若，登上滕縣城頭，不斷慰勉守城官兵，堅決阻擊日寇，誓與陣地共存亡。為了集中兵力加強滕縣的防守，天黑以後，王銘章命令城外各據點向滕縣靠攏，進入縣城防守。
日軍的優勢兵力久攻不克，磯穀廉介惱羞成怒。這天夜間，他把3萬多日軍、70多門大炮、近50輛戰車調集起來，把滕縣城關的東麵、南麵、北麵包圍起來。
滕縣的戰局越來越嚴重。第5戰區原定由湯恩伯軍團的一個團接替滕縣的防務。該團已於3月15日到達臨城。孫震總司令得知這一情況，命令該團立即前往滕縣，支援王銘章師長防守滕縣。但是，由於該團必須等到軍團司令部到達臨城後才能北上，難以立即前往滕縣。當時，第22集團軍在臨城的部隊隻有第41軍直屬特務營了，這個營僅有３個步兵連，1個手槍連，力量單薄。孫震總司令為了解滕縣之圍，命令特務營營長率領3個步兵連星夜出發，急行軍趕往滕縣，支援王銘章師長防守滕縣，他自己身邊隻留下1個手槍連。
3月17日拂曉，日軍就開始向滕縣進行猛烈炮擊和轟炸，每分鍾都有數十發炮彈落到縣城，敵機接連不斷地向中國守軍投彈、掃射。陣地被炸毀了，房屋倒塌了，起火了。滕縣城內，到處硝煙迷漫，烈火熊熊，隻有北關的美國教堂還依稀可辨。
東南角的城牆被炸塌了，日軍在坦克的掩護下，向缺口衝擊。王銘章師長指揮官兵用機槍、手榴彈頑強抗擊。日軍衝過來，官兵們就用大刀同鬼子展開了肉搏戰。
王銘章師長看到部隊傷亡越來越嚴重，焦急萬分，即發電報給第5戰區指揮部。電文陳述：“黎明敵即以大炮猛烈攻城，東南城角被衝破數處。現在督師力戰。”