第二天的守城戰由於日軍第四十聯隊和界河方向的部隊一路燒殺趕到的晚，投入戰斗時間也晚()。
雖然打的慘烈，城內守軍還是支持到了晚上。第三天就不同了，戰場更加慘烈，守軍更加困難了()。
第十、第四十聯隊都是鬼子精銳，裝備精良，戰術素質也高。而守軍卻是中國裝備最差的部隊，連門可以打坦克的戰防炮都沒有，唯一比較充足的武器是第五戰區戰前運進來的一列車手榴彈。手榴彈最多扔幾十米遠，鬼子坦克、裝甲車上的炮和機槍卻可以打幾千米遠，這場戰斗注定是場一邊到的戰斗。何況現在鬼子進城了，又是百倍警懼，守軍就是再勇敢、再不怕犧牲，想用集束手榴彈再去炸鬼子坦克。那也得有機會才行，一般情況下戰士們到不了坦克跟前就會被鬼子打死的。
鬼子兵力雄厚，這一次又是全面進攻，四處開花，打到中午的時候，守軍已被鬼子分割成了幾塊，在苦苦支撐，眼見再不突圍的話，部隊就會就要全部犧牲在這滕縣城里了。
王銘章再次給孫震報，講明城內情況，最後表明態度：「以」軍薄弱的兵力和破敗的武器，擔當了津浦線上保衛徐州的第一線的重大任務，力量已不夠是不言而喻的。我們身為軍人。犧牲原為天職，現在只有犧牲一切以完成任務，雖不剩一兵一卒，亦無怨尤。不如此則無以對國家，更不足以贖川軍二十年內戰之罪憩了！職等決心死拼。以報國家！」
孫震接報後，知道城內情況已危險之極，王銘章的是絕命電，遂下令陳鼎勛率城外的二十二集團軍三個團冒死攻擊，牽制日軍，減輕城內壓力。同時將王銘章電報轉報李宗仁，附電詢問二十年團到底在什么位置，為何不向臨城、棗庄之日軍動攻擊？如二十年團不能如期動攻擊，可否令王銘章突圍，在敵後機動，威懾日軍？
李宗仁此時心里已非常窩火，滕縣方向」軍在浴血拼殺，湯軍團卻動作遲緩。看起來，這滕縣必須再堅守幾天才行，否則的話，湯軍團就不可能部署到位，更別說對日軍實施圍殲了。
但是，現在的情況已經很明顯，滕縣已經堅守三天，不可能再堅守下去了，今天就可能陷落。問題是滕縣失守後，日軍後續隊伍就可能涌向臨城、棗庄，直至攻向台兒庄。到時候，如果臨沂方向和魯西南方向再出現變故，日軍第十六師團、第五師團再集中兵力殺向徐州來的話，不要說消滅日軍攻向台兒庄的部隊了，能不能守住徐州都成問題()。
李宗仁繞室徘徊半天，再次給蔣介石報，要求第一戰區部隊務必配合第三集團軍阻擊日軍第五師團，使其不能東進。請求蔣親自給湯恩伯電令。促其迅部署，確保圍殲孤軍突出的日軍第十師團凝谷支隊。
完給蔣介石的電報後，李宗仁坐在桌前，手指不停地敲擊著桌子，邊敲邊想，既然是口袋，裝一個聯隊是裝，裝兩個聯隊是裝。裝三個又有何妨？日軍第十師團經過二十二集團軍幾天來的拼死搏殺，傷亡一定很大，就放他們到台兒庄來，調集大軍給它來個一鍋恰，打一個**系統前所未有的大勝仗，振奮一下國人的抗日精神。單是消滅第臼聯隊有點小家子氣，對戰局也沒有太大影響。
想到這里，李宗仁叫來參謀長徐祖貽，請他再次去臨沂前線，協調指揮臨沂各軍行動，務必確保消滅日軍第十師團瀕谷支隊前不讓臨沂日軍前來增援。
徐祖貽欣然受命，與李宗仁探討一陣臨沂戰局後，就去准備出了。
李宗仁喝口茶，想清靜一會兒，但腦子里跑馬一樣，一會兒是孫震的電報，一會兒是川軍初到時破爛的軍服和一張張黑瘦的臉。想了一會兒，李宗仁覺得戰局大的方面籌劃已定，與其讓王銘章部全部犧牲在城里，不如退出城外，斷敵後路。最起碼可以收到襲擾敵人後方的作用。遂電令孫震，在滕縣城外的二十二集團軍各部，馬上投入戰斗，全力支援城內王銘章部戰斗。夜里務必對敵起襲擾作戰，使敵摸不清我軍虛實。至於城內部隊何時突圍，李宗仁明確指出：二十二集團軍在界河、北沙河、滕縣浴血拼殺幾天幾夜，表現出了川軍英勇抗戰之精神，為全軍樹立了典范。滕縣能夠堅守三天，殊為不易。為了保證後續作戰勝利，特令二十二集團軍守城部隊選擇時機突圍。突圍後，部隊向西轉移休整。兩日後渡過北沙河，相機奪取界河，切斷日軍退路，並與第三集團軍聯系，共同擔任斷敵第十師團退路的任務。
接到李宗仁的電報，孫震急忙給王銘章報，命令其組織一切力量固守，把部隊集中起來，天黑後突圍()。並通報已令城外三個團全力進攻，策應守城。
孫震的電報，等於是給已經極端困難的守軍打了一支強心針。本來已經是頻死的人了，忽然知道有了一軾坐機。爆出來的求生意志是非常強大互銘章的命籠。毛經被日軍分割的各部隊決死反擊，王銘章、張宣武、王振文都帶著警衛直接上火線拼殺，硬是把日軍的攻勢打得一挫，各部隊的防線趁機恢復了聯系。
從早上打到現在，日軍也打的疲倦了，見川軍拼死反擊，瀕谷啟以為是回光返照，命令部隊鞏固陣地，四面圍困，抓緊時間吃飯。等吃完飯，一鼓作氣，全殲守軍。
陳鼎勛奉命率領部隊增援滕縣守軍，他知道日軍已經完成對守軍的包圍，並壓縮至縣城一角，解圍談何容易？只能攻敵之必救。迫使敵人分兵，減輕守軍的壓力。於是，陳鼎勛把目光盯住了日軍的炮兵陣地。但是，敵人炮兵陣地在滕縣城東關，部隊要繞到那里，必須運動到前十里鋪、後屯一線，才能去抄日軍炮兵陣地的後路。這個。時候，天上的日機正愁找不到目標呢，要是繞這么遠去攻擊敵人炮兵陣地，那和去送死沒什么區別。
思來想去，陳鼎勛決定先攻擊距離最近的西關，爭取打通一條與城內守軍的通道，實在不行就大造聲勢，讓鬼子以為援軍趕到，分兵前來阻擊。等晚上再去攻擊日軍的炮兵陣地，掩護守軍撤退。
攻擊前，陳鼎勛多留了個心眼，部隊運動到位後，以一個團去攻西關的鬼子陣地，兩個團在種塞和大彥村之間設伏，准備給追擊的鬼子來一家伙。
仗打到這份七，戰士們早已打紅眼了，命都不算什么了，因為死，的弟兄太多了，真正應了那句話：「人到戰場不是人，命到戰場比草賤。」所以，三個團爭著去擔任攻擊任務，最後，人數比較多的,萬師縮編的團奪得了攻擊任務。
陳鼎勛畢業於保定陸軍軍官學校二期，算得上軍中宿將，又愛看」劇，對古人的謀略很是敬佩。他交待帶隊的團長，不要死攻，要用兩個連布置疑兵，把全部軍號都帶上，打響後所有沖鋒號都給老子吹響，讓鬼子知道我軍增援大軍趕到，讓他們自動收縮陣地，不敢放手圍殲守軍()。撤退時要快，否則鬼子的騎兵、坦克都會追上你們，那就不妙了。
陳鼎勛的意思軍官士兵都清楚，就是要向諸葛亮一樣大布疑兵陣，嚇退鬼子。
,萬師進攻的時間正是日軍換防吃飯的時候，槍聲一起，十幾把軍號同時吹響，一個團的士兵撲向了滕縣西關的日軍。
擔任西關警備掩護任務的日軍見中**隊來勢凶猛，一邊求援，一邊向西門收縮，企圖憑借城牆工事固守。
凝谷啟接到報告，以為真的是中**隊援軍大至，慌忙令第四十師團增援西關，堅決擊退中**隊援兵。後來，見這支中**隊很快就退兵了，湘谷啟就覺得受了愚弄，這支軍隊充其量就是團級規模，憑他們也想來救援滕縣守軍，簡直是做夢。不過，老是又這樣一支軍隊在城外窺伺，也很麻煩，說不定他們會襲擊愕重部隊的。
於是，湘谷啟下令四十聯隊派出騎兵大隊和兩個中隊的步兵前去追擊，務必消滅這股支那部隊。
鬼子這一出城追擊，正中城件川軍的下懷，沒有重火力，攻不開城門，打打小伏擊總可以吧！結果，追出城的日軍自然是鑽進了」軍的伏擊圈。不過，川軍確實是火力太差，讓鬼子逃回來了一部分。
逃回的鬼子向四十聯隊報告了在種寥和大彥村遇伏，傷亡慘重的情況，湘谷啟這才確信，城外確實有中**隊大部隊，最少也是師級規模，隨時可以抄日軍的後路。湘谷啟不驚反喜，馬上命令第四聯隊出城，消滅這個中國師。
第化聯隊這一出城追擊，王銘章等人感覺壓力頓時一輕，集中精神對件日軍的新一輪攻擊。