可是此时守卫滕县城关的部队只有第122、124、127师的3个师部和第364旅的旅部，每个师部和旅部只有1个特务(警卫)连、1个通信连和1个卫生队。除此之外，再也没有任何战斗部队了。此时的滕县城防危急悬于一线。面对迂回包抄的日寇，王铭章实在无法再抽出兵力，只好把在外围担任正面防御的部队撤回城内。下午5时30分，王铭章在电话上直接向第727团团长张宣武下达命令："(一)师决心固守滕县城;(二)第727团除在洪町、高庙的一个营仍在原地执行原任务外，另以一个营留置北沙河第二线阵地暂归第127师指挥，该团长即率领其余部队立即由现地出发，跑步开回滕县布置城防。"接着，王铭章又命第727团将北沙河上的铁路大桥予以炸毁破坏，并将第122师师部驻扎在了滕县西关电灯厂内。截至15日深夜，滕县城关的战斗部队，共约2500人。此外，滕县县长周同所属的武装警察和保安团有五六百人，合计城中有武装力量3000人，但真正的战斗部队不足2000人。
亲自督战
16日黎明时分，日军集结一万余人向滕县发起了全面进攻，同时动用炮兵和飞机以密集火力向滕县东关、城内和西关火车站疯狂扫射。此时，王铭章驻在西关电灯厂。他听到枪炮声后，火速召集在滕县县城的师团长询问城防构筑、军事部署等情况。王铭章计算了一下时间，估计援兵即使最快也只有到夜里才能赶到。王铭章下定决心。把城外所有的第41军部队统统调进城内，并立即传谕昭告城内全体官兵，决定死守滕城，与大家一道，城存与存，城亡与亡。任何人不准出城，违者就地正法!王铭章向全体官兵表示了誓与城池共存亡的决心，亲自布置城防事宜，调集各部队组成统一的守城部队，明确了指挥系统并制定了详细的作战计划。他勉励全体官兵奋勇杀敌，为坚守滕县战斗到最后一分钟。
