滕县，南距徐州一百多公里，扼守津沪铁路的咽喉，自古就是兵家必争之地，如今更成为双方争夺的战略要点。
从3月9号起，日军就调集重兵发起总攻，日军发起总攻以后，用飞机、大炮狂轰滥炸，多次组织冲锋，均被国军打退。
3月10日，第22集团军孙总司令调整部署，加强守备，将二线部队122师师部及其364旅旅部调进滕县城，并命122师王铭章师长为第41军前方总指挥。
3月12日拂晓，日军以主力攻香城，激战3小时后我军被迫转移到普阳山防御。日军随后进攻，都被国军击退。
不多时，日军改变战术，以一部分兵力佯攻，其主力向国军右后方迂回，向滕县方向前进。没过多久，国军同普阳山的电话线被敌切断，联络中止。日军到龙山脚下，击溃国军的预备队，守军向滕县撤退。
与此同时，界河一线的左翼石墙、深井等阵地，也受到从济宁来的日军攻击。在敌众我寡的形势下，国军放弃石墙，集中兵力防守深井；普阳山的守军转移黄山据守，并派372旅743团驰援深井。
3月15日9时，日本第10步兵联队在界河南安楼、房岭地区集结。然后根据日军侦察机的汇报，得知中华军队以滕县为中心，在其北设有数道坚固阵地。
11时25分，联队受赖谷支队作命第9号，决定将第12中队留在界河驿警备，以步兵5个中队从滕县防备薄弱的东部攻击。
下午3时，日军到达崔家庄，沿龙山店-东郭-王庙攻击前进，战斗异常激烈，国军防守顽强击败日军多次冲锋，双方伤亡惨重。
下午5时许，日军的先头部队已达滕县的龙阳店、冯河一带，距城仅有十余里。
晚8时50分，日本第10联队集结在姜家楼、王庙一线，联队长赤柴八重藏大佐综合各方情报判断，川军主力集结一线，滕县附近无大量兵力，决心抛开当面阵地，第2天拂晓以两个大队兵分两路乘虚攻击滕县县城。
日军的企图十分明显，想避开国军正面阵地，直攻国军侧背战略要点滕县城，迫使国军主力放弃正面阵地。
但是由于外围阵地的战斗很激烈，所有的部队都用在外围战斗了，藤县兵力空虚，只有122师，124师，127师三个师的师部和346旅旅部，共计四个特务连（警卫连），四个通讯兵，还有一些卫生队，藤县总指挥王铭章将军手里已经没有什么作战兵力可用。
王铭章师长统计能指挥的城内各部队仅三千余人，而在这三千余人中，还包含了藤县的警察和保安队四五百人，真正能够参战的不到两千人，这样的力量，难以抵御装备齐全的日军。
王铭章师长召开紧急会议，研究战略决策问题，大部分人认为都只能守1天，不如到城外机动作战。
在此紧急关头，122师师长王铭章急调防守北沙河的727团张宣武团长和一个营的战斗部队回城防守，并任命张宣武为城防司令，负责守城。
王铭章师长对张宣武说：“张团长！你立即传谕昭告城内全体官兵，我们决定死守滕城。我和大家一道，城存与存，城亡与亡。立即把南、北两城门屯闭堵死，东、西城门暂留交通道路，也随时准备封闭。没有我的手令，谁也不准出城，违者就地正法！”同时又令人把师指挥部从西关电灯厂搬到城内张景湖宅院内。。
而后，王铭章师长又电令在平邑前线的266旅火速回滕。但是又怕266旅途中受阻，王师长又用电话向司令部求援。第22集团军孙总司令急忙与增援滕县的友军汤恩伯军团的先头部队王仲廉军长联系，请求火速增援。
但王仲廉以须等军团到齐才能北上为由，按兵临城不动。
孙震万般无奈，只好将正在总部值勤的特务营，除留下一个手枪连作警卫外，其他3个步兵连由刘止戎营长带领，乘火车驰援滕县城，入夜后到达。
午夜后，266旅只有驻城前的一个营到达滕县东关，其他部队途中被敌所阻，只能被迫绕道向临城方向撤去。
3月16日早上8点，日军第10联队的第1大队已抵达城下。遥望滕县县城高耸，城内有纳粹旗帜飘扬，估计是德国教堂所在。滕县规模宏大，城墙高10米，厚5米，外壕深5米，宽12米，北面最完备，东面次之，南面虽然比较薄弱，但后来日军从这进攻时，却是川军的防御重点。城东北角约150米有一高30米的喇嘛塔，从此处了望，滕县内外情况一览无余，对炮兵观察十分有利
上午10时，日军野炮第一大队抵达然后和日军飞机联合对藤县发起轰炸，经两个小时轰炸，城内外共落炮弹三千多发。
11时15分，日炮突然向东关寨墙的东南角猛轰，不一会炸开一二米宽的缺口。接着，日军又用数十挺轻、重机枪猛烈扫射缺口，掩护步兵冲击。
川军守兵伏伺塌口两侧，严阵以待，当有五六十个小鬼子冲到塌口时，第371团的一个连集中兵力人，每人握四、五枚手榴弹，同时投向敌群，日军生逃者不满10人。
日军不甘心失败，又连续组织了两次进攻，都被守军打退。
下午2时许，日军第10联队3大队赶到滕县，从南门进攻，也没如愿，丢下了百余具尸体，川军的伤亡也很大。
张宣武团长不断派部队增援，后来激烈时连王铭章师长的特务连也调到东关参战。下午5时许，敌炮与敌机同时轰炸东关正面阵地，步兵改用一次三个小队，每排相距百余米，向我阵地冲击。
川军英勇顽强，接连打退日军第一、二两个小队的进攻，日军第三小队又冲上来，于是展开肉搏，双方伤亡惨重，最后仍有40多个小鬼子突入关内。
此时夜幕已下，日军未再派兵，川军又集中一个加强连的兵力围攻日军，终于全歼这股日兵，东关阵地失而复得。
晚上8时许战斗停止，只有日军的照明弹不时划破夜空，照得城内外如同白昼。
经过连日的惨烈战斗，第41军早就已经伤亡过半，为了能够集中力量守住城垣，晚上9点，王铭章师长只能命令外围部队撤回城内，依托城墙防守。