午後1時許，敵發動了更加猛烈的攻勢，敵機轟炸愈烈，城內房屋半被炸平。滕縣城內守軍奮起反擊，但因敵炮火殊猛。已傷亡過半，王銘章率同參謀長趙渭濱、副參謀長鄒紹孟，周同縣長，分沿城垣往來督戰，士卒振奮，爭奪愈烈，然情勢仍十分險惡。王銘章鼓勵殘部死力抵抗，以待援軍到來，並電呈孫震：立到，臨城，軍長孫，敵以炮兵猛轟我城內及東南城牆，東門附近又被衝毀數段。敵步兵登城，經我軍衝擊，斃敵無算，已將其擊退。若友軍再無消息，則孤城危矣。謹呈。王銘章。
殊不知此時來援的湯恩伯第二十軍團第八十五軍，在滕縣與臨城之間與敵軍發生了遭遇戰。鐵路正麵，第八十九師第二六七旅與敵遭遇於官橋至南沙河間，我鐵甲車兩列被敵擊毀。鐵路東麵，第四師與敵苦戰於虎山、龍山、黨山、三山、落鳳山一帶，該師左翼在黨山、三山擊退了來犯之敵，而在右翼龍山、虎山方麵，被敵滲入，演成落鳳山附近夜以繼日的混戰，增援部隊與敵膠著，已無法接近滕縣了。孫震心急如焚，而又不便將實情告訴王銘章。
18日早上，日軍炮火先是對城內進行轟炸，隨後步兵再次進城“掃蕩”。將士在殘破的房屋內，對日軍同仇敵愾。被炸死的士兵鮮血染紅了破磚爛瓦。士兵們沒有絲毫的畏懼，隻是冷冷的看著眼前的步兵，拉栓，射擊，換位，士兵們重複著同樣的動作。
“旅副，偵察兵報告，昨天日軍就破城，旅座危險啊，我們得去救旅座啊”梁有才在一旁哀求道。趙安看著對麵陣地上的日軍呐呐道：突不進啊，突不進去啊。這時秦敏走了進來，趙副旅長，現在滕縣城已經破了，旅長在裏麵不知生死，你都不為所動，難道你想坐看旅長戰死，然後你就可以得到提拔坐正了是吧。梁團長，你是跟旅長一起在南京出來過的，旅長待你們如何。梁有才沉默了一會，突然好像下了什麼決心一樣，問趙安“旅副你當真不肯出兵救旅座？”趙安並不是不想救，他一直在期望，期望張明能帶回湯恩伯軍團的援軍。可惜他等了一天一夜終究還是沒等來援軍。歎了一口氣說道“你們知道？我相信旅座不會那麼短命，我一直在等張明帶援軍回來，可惜終究還是沒等到，今天就算獨立旅全軍覆沒了，我也要與旅座見麵親口告訴他，對不起，獨立旅完了，我不能不救你。集合部隊我要說話。
陣地上，獨立旅的所有人都集合完畢，獨立旅這時還有3500多人，趙安看著他們大聲喊道“咱們的旅長被困在滕縣裏麵怎麼辦”。“救旅長，殺鬼子，救旅長，殺鬼子，這3500多人一口同聲的重複喊著這一句話”。“好，我代旅座謝謝各位弟兄，出發。”
由於敵人集中火力向城中心十字街**擊，王銘章和他的幕僚隨從無法在市街內存身，乃從西北角登上城牆，親自指揮警衛連一個排進攻西門城樓。但因敵火力猛烈，城牆上又毫無遮蔽，故這個排尚未接近西城門樓就全部陣亡。是時，敵轟炸炮擊更加猛烈，全城陷入火光煙塵之中，巷戰愈形混亂。王銘章環顧左右，所剩無幾。王銘章觀狀泫然欲泣。旋趙渭濱參謀長被敵彈擊穿腹部，踣地掙紮。王銘章急趨前救護，不幸遭敵機槍掃射，當其執趙渭濱之手而泣慰時，一彈飛來，直中腹部，竟臥地不起，然猶揮臂高呼：抵住，抵住，死守滕縣！此時有敵兵數人欲趨前加辱，被王銘章連斃其三，餘驚駭而退，無奈傷勢太重，竟於手刃敵賊後，高呼口號，氣絕殉城。趙參謀長亦同時殞命。羅甲辛副官長亦被槍傷墜城而亡。