第二天的守城战由于日军第四十联队和界河方向的部队一路烧杀赶到的晚，投入战斗时间也晚。
虽然打的惨烈，城内守军还是支持到了晚上。第三天就不同了，战场更加惨烈，守军更加困难了。
第十、第四十联队都是鬼子精锐，装备精良，战术素质也高。而守军却是中国装备最差的部队，连门可以打坦克的战防炮都没有，唯一比较充足的武器是第五战区战前运进来的一列车手榴弹。手榴弹最多扔几十米远，鬼子坦克、装甲车上的炮和机枪却可以打几千米远，这场战斗注定是场一边到的战斗。何况现在鬼子进城了，又是百倍警惧，守军就是再勇敢、再不怕牺牲，想用集束手榴弹再去炸鬼子坦克。那也得有机会才行，一般情况下战士们到不了坦克跟前就会被鬼子打死的。
鬼子兵力雄厚，这一次又是全面进攻，四处开花，打到中午的时候，守军已被鬼子分割成了几块，在苦苦支撑，眼见再不突围的话，部队就会就要全部牺牲在这滕县城里了。
王铭章再次给孙震报，讲明城内情况，最后表明态度：“以”军薄弱的兵力和破败的武器，担当了津浦线上保卫徐州的第一线的重大任务，力量已不够是不言而喻的。我们身为军人。牺牲原为天职，现在只有牺牲一切以完成任务，虽不剩一兵一卒，亦无怨尤。不如此则无以对国家，更不足以赎川军二十年内战之罪憩了！职等决心死拼。以报国家！”
孙震接报后，知道城内情况已危险之极，王铭章的是绝命电，遂下令陈鼎勋率城外的二十二集团军三个团冒死攻击，牵制日军，减轻城内压力。同时将王铭章电报转报李宗仁，附电询问二十年团到底在什么位置，为何不向临城、枣庄之日军动攻击？如二十年团不能如期动攻击，可否令王铭章突围，在敌后机动，威慑日军？
李宗仁此时心里已非常窝火，滕县方向”军在浴血拼杀，汤军团却动作迟缓。看起来，这滕县必须再坚守几天才行，否则的话，汤军团就不可能部署到位，更别说对日军实施围歼了。
但是，现在的情况已经很明显，滕县已经坚守三天，不可能再坚守下去了，今天就可能陷落。问题是滕县失守后，日军后续队伍就可能涌向临城、枣庄，直至攻向台儿庄。到时候，如果临沂方向和鲁西南方向再出现变故，日军第十六师团、第五师团再集中兵力杀向徐州来的话，不要说消灭日军攻向台儿庄的部队了，能不能守住徐州都成问题。
李宗仁绕室徘徊半天，再次给蒋介石报，要求第一战区部队务必配合第三
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