，只是仅凭川军有限的实力，确实难以抵挡日军的疯狂进攻。杨森一面阻敌的同时，一面将情况通知了王铭章，王铭章立即令366旅火速回援滕县，同时又令第364旅炸毁铁路大桥，留一个营防守北沙河，一个营防守城西洪町。其余部队悉数撤回城内。
次日黄昏时分，日军击破川军阵地，夺取界河，龙山亦陷落日军包围。由城前返回的第366旅仅一个营及时撤回滕县，主力在城头村与日军迂回的主力部队遭遇，被迫向临城方向撤退。
是日夜，滕县城关地区的部队虽然番号众多，但实际战斗部队仅有11个步兵连，1个迫击炮连，不到两千人，此外还有师部，旅部的4个特务连约500人，地方武装约500人，合计只有三千余人。
此时滕县直接面临日军的猛扑，濑谷支队一部兵力继续进攻北沙河，主力迂回向滕县发起进攻。
经过约两个小时的准备之后，日军火炮陆续运动到位。集中火力，对东关外围的土墙进行轰击。年久失修的土墙很快被轰出一个缺口。守军顶着日军猛烈的机枪火力，在一片残垣断壁中用抛掷的手榴弹炸死炸伤了不少日军。将进攻的日军打退。
日军才退下去，迫击炮与火炮接肿而至。原来在那里反击的守军根本来不及撤下来，便被这一波肆虐的火炮直接炸死炸伤大半，守军在火力上的绝对劣势使得防守战打得异常的艰辛。
如是反复了几次，守军数次从城里的预备队里面抽调人手被充，但每击退日军一次，基本上阵地上的士兵都消耗掉大半，日军经过一两次试探也摸清楚了守军的虚实，用两次佯攻消耗了守军不少兵力。
很快到了傍晚，日军经过几次佯攻之后，又组织了一次冲击。因为前几次的进攻里面，日军有两三次也损失了些人手，往往在后继乏力的情况下被守军趁势反击下来，而日军的重火力担心误伤，在此时往往补刀不及时。进攻的部队便被对方打了下来。
汲取了教训之后，日军迅速作出调整，改用三梯队实施波浪式的冲击，同时将炮火延伸向东门及城内，实话阻拦式炮击，最大程度阻止城内部队的增援。
日军的调整是十分有效的，进攻的部队里，第一波部队再次被守军的手榴弹炸死炸伤了大半，但后续的部队却是趁着守军手榴弹消耗得差不多，来不及补充的时候冲到了守军的阵地上。血腥的刺刀拼杀也拉开了序幕。阵地上，双方士兵的嘶吼声此起彼伏，不断地有人倒下。
一番血腥的拼杀，守军将攻入阵地的这波日军再度消灭大半，不过守军也已经死伤殆尽。日军的波浪式进攻奏效了，一个小队的日军顺利突入进东关。
不过川军也战斗意志的坚定也超出了日军的想象，川军很快组织了一个连进行反击。
嗵嗵.