16日凌晨，铺天盖地的枪炮声、轰炸声把王铭章惊醒，他立即意识到，敌人已开始攻城了。从上午8点到10点，整整两个小时，地上飞来的炮弹、天上落下的炮弹，如雨点般密集；弹药的爆炸声、飞机的马达声震得人头昏耳鸣。特别是东关和火车站，成了敌人的重点目标，遭到狂轰滥炸。
为了御敌，王铭章召集一二七师陈离师长、一二四师税梯青代师长、三*旅王志远旅长，以及城防司令张宣武团长一起商议对策。大家七嘴八舌，各抒己见。最后，见大家意见基本一致，王铭章便抄起电活，要通了驻在临城的总司令孙震，他在汇报了滕县的战况后提出：“以目前城内兵力，固守滕县恐怕困难，能否出城机动作战?”孙震听完后，以毫无商量的口气回答：‘委员长来电，要我们死守滕县，等待汤恩伯集团前来解围。汤部的先头部队昨日已到临城，其后续部队亦正陆续赶到，我当催促王廉仲军赶紧北上，你应确保滕县以待援军。你的指挥部应立即移到城内，以便亲自指挥守城事宜。如兵力不够，可把城外所有的四十一军部队通通调进城内，固守待援！‘
军人以服从命令为天职。“固守待援，固守待援！‘放下电话，王铭章以一种毅然的豪气向大家宣布：“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、北城门堵死，东西城门暂留通道，也随时准备封闭。没有本师长的手令，任何人不准出城，违者就地正法！‘
很快，王铭章的指令传达到了每一个士兵。士兵们得知王师长决心与大家同在，很受鼓舞，个个决心以死相拼，杀敌报国。士气是一种无形的力量，高昂的士气是部队战斗力的保证。王铭章的军队就是这样，他们以血肉之躯使敌人难以前进。光是16日这一天，就有万余发炮弹落在滕县，东城门到东关一段不到500米的电话线竟被炸断了27次；敌人的10数架飞机也不间断地在城关低空盘旋。敌人从早至晚不断发起攻击，他们先是用炮火猛攻城墙，打开缺口，然后掩护步兵攻击前进，企图通过缺口入城。王铭章亲自跑到东关督战。当敌人的步兵进到缺口处，守城的勇士们立即抛下一群手榴弹，炸得敌人尸骨横飞。这一天，敌人发起三次大的攻势，每一次攻势中不间断组织步兵一批批攻击，但都被我守军打退。最后一次攻势，敌人甚至夺得了东关，但王铭章手下的将士们不惜以惨重的代价与敌人激烈肉搏，重新夺回了东关。这一天，滕县仍在守军手中，但是敌人已从东、南、北三面包围了滕县。敌人不习惯夜战，一到天黑，战斗自然就停止了。这样，从入夜到黎明成了守城军队重新布防最宝贵的时光。王铭章首先将城外四十一军的2000余名官兵撤回城内，这样，守城的力量又强了许多。然后命令将士们彻夜补充弹药、整修工事、挖防空洞、捆绑云梯，尽最大力量做最充分的准备。敌人此时也在调兵遣将。他们趁着夜色，集中了近4万人的兵力以及山、野、重炮70余门，战车四五十辆，准备次日一举突破滕县城防。
果然，17日天刚亮，敌人几十门大炮和27架飞机就开始狂轰滥炸，顿时，全城硝烟弥漫，火光冲天，炮弹的爆炸声、房屋的倒塌声连成一片，惊天动地，两小时后，滕县的大街小巷成了一片焦土，只有北关的美国教堂还依稀可辨。敌人的猛烈炮火致使南关的守城士兵被敌人炮弹炸死炸伤半数以上，一二四师三七o旅旅长吕康、副旅长汪朝廉亲临城墙根指挥督战，双双重伤；东关的工事被敌摧毁。守军以血肉之躯顽强地抵抗着敌人的坦克和猛烈的炮火。中午，一二四师七四o团团长王麟负重伤，政训员胡清溪也中弹牺牲。守军伤亡惨重。王铭章焦急万分，他一边指挥将士们抵抗，一边给军部发出电报：“黎明敌即以大炮向城猛攻，东南角城墙被冲破数处，王麟团长负伤，现正督师死力堵塞中。”但是，战局不断恶化，王麟团长终因伤势太重而牺牲，王铭章又一次致电孙震：“敌人以炮兵猛轰我城内及东南城墙，东门附近又被毁数段，敌步兵登城，经我反击，毙敌无数，已将其击退，若友军深夜再无消息，则孤城危矣。”到下午两点，南关、东关相继失守，守城将士们死伤惨重。王铭章明白，现在已到生命的最后关头，他给孙震发出了第三封电报：“友军仍无枪声，想系为敌所阻，目前敌用重炮、飞机从晨至午不断猛轰，城墙缺口多处，敌步兵屡次登城，屡被击退。职忆委座成仁之训，及开封面谕嘉慰之词，决心死拼，以报国家，以报知遇。”
发完电报，敌人已登上城墙，蜂拥入城。王铭章已做好了最坏的打算，他直奔城中心十字街口，亲自指挥部下与敌肉搏。他要以自己的榜样去鼓舞那些战士们，杀敌报仇、杀敌报国。
临近黄昏，敌人攻入了西门，占领了西城墙，王铭章率领身边的参谋立即登上西北城墙，指挥作战。西门是守城将士与后方联系的惟一通道，失去这一通道意味着什么，王铭章非常清楚。他命令身边仅有的师部特务连的一个排夺回西门城楼