讨不到便宜的日军在下午二时，将矛头指向了东关的东北角，日军在炮火掩护下以同样的方式反复冲锋了五次依然毫无战果。下午五时，日军又发起了第六次进攻，这次日军进攻的是东关正面城门。在更为猛烈的炮火和飞机掩护下，日军采用了波浪冲锋法，三个小队的兵力前后重叠，反复梯次冲击中国守军阵地，中国守军消灭了靠近城墙的第一小队，日军第二个小队又冲了上来，守军预备队与日军展开了肉搏战，虽然最终消灭了第二小队，但守军连长以下一百余名士兵已经牺牲，仅剩下十余名官兵，日军第三个小队趁机进攻，增援而来的何经纬连堵住了他们，日军无力扩大战果，固守城墙下死守不退，何经纬连也无力进攻，双方相持仅几十米。夜间，增援而来的第11连冲下城墙与日军展开肉搏，以伤亡七十多人的代价全歼这股日军。苦战中的122师已经难以支撑，中央军汤恩伯军团仍对司令长官的命令置若罔闻，不紧不慢地前进，一路赶着牛车跑步而来的桂军500团追上汤恩伯部，从他们手中调取部分粮食，士兵们终于吃到了十几天来的第一顿米饭，刚吃完饭，500团赶着牛车又上路了。
在滕县激战同时，日军在中午突破滕县北面的第45军的龙山和普阳山一线阵地，滕县西北石墙处的第124师防御阵地也被突破。守军吕康旅和曾苏元旅率领不足两个团的兵力退守大坞、小坞一线。半夜十二时，这两个团又撤进滕县城内。至此滕县完全处于日军包围之中。在日军猛烈的炮火下，中国守军损失惨重，17日，日军发动了更为猛烈的进攻，东关守军与日军反复争夺阵地，数次与日军展开肉搏，虽伤亡惨重，但阵地仍牢牢掌握在手中，东南城角守军伤亡殆尽，日军冲入城内，预备队一连手持大刀与冲进来的日军生死搏杀，全歼这股日军，全连仅存十四名士兵，连长张荃馨、副连长贺吉仓都在肉搏战中阵亡！师长王铭章发报：17日，我援军尚未到，敌大部队冲入城，即督所留部队，与敌作最后血战。谨呈。王铭章。下午三时半，日军占领滕县南城墙，东关阵地已弹尽粮绝，守军工事完全被毁，城墙被轰塌多处，日军在坦克掩护下突入东关阵地，团长王麟和政训员胡清溪中炮阵亡，日军占领南城墙和东关之后在城墙以火力掩护西南城的步兵向中国守军突击。同时日军炮火猛轰西城门楼，中国守军死伤惨重。下午五时，西门和西门以南的城墙被日军占领。
弹尽、粮绝、城已破，滕县城内已是一片焦土，日军源源不断地从缺口涌入，中国守军逐屋抵抗，122师师长王铭章拍发了最后一封电报：十万火急徐州李长官并转蒋委员长：目前日军已攻破滕县城防，我方援军至今杳无音讯，支部王铭章及全师官兵决心以死报效国家，以遂成仁之志，仅此急电。随后砸毁电台，烧毁文件，率指挥部到一线指挥作战。王铭章师长、赵渭浣参谋长、罗中辛副官长、少校参谋谢大熏及124师参谋长邹慕陶等十余人步行到火车站途中遭到日军机枪扫射，全部阵亡，滕县城内最高指挥官仅剩张宣武团长。黄昏时分，张宣武团长中弹负伤，城内陷入无指挥状态，夜里九时，北城墙的守军二三百人有组织地扒开城门，突围出去。滕县失陷，但此时城内仍然有零星的中国守军与日军对抗，枪声响了一夜，直到天亮……拼命赶来增援的500团还是晚了一步，17日下午，500团距离滕县仅一百华里，17日夜，滕县已经沦陷，18日拂晓，急进中的500团终于看到了滕县城中冲天的大火和烟雾，沿途碰到少量溃兵，林广禄得知滕县已经失守。
林广禄听到这个消息的时候，几乎从马上跌落下来，没想到自己还是晚了一步，滕县失守，自己也自身难保，继续前进已经毫无意义，撤退也不知道该撤往何处，正踌躇中，突然前方枪声大起，500团前锋部队正好碰上了一支追击溃军的日军分队，日军没想到在这里会碰上中国军队，双方几乎面对面地撞到了一起，林广禄一咬呀：“屌丫咪！搞死一个算一个！”指挥部队冲了上去。日军分队原以为是逃散的溃兵进行的无组织抵抗，稳住阵脚正想呼叫增援，岂料黑夜中突然冲出几百名举着大刀的中国士兵，一看打不过扭头就像兔子一样往回窜，腿脚快的山瑶佬舞着大刀足足将他们追出了十里地外，追得日本鬼恨不得多生两条腿，500团在黑暗中失去了目标，林广禄将500团收拢，可是又不知该如何是好。滕县失陷，已和司令部失去了联系，黄汉生想了想，拍发了一封电报：“500团已到达滕县，然滕县已失陷，沿途败兵无数，500团誓死报效国家，林广禄、黄汉生 谨呈 叩。
”黄汉生这封置之死地而后生的电报救了林广禄和500团上下近千条命！若黄汉生老实说500团离滕县还有几十里，那么林广禄最起码是个驰援不力的罪名，滕县失陷对徐州影响甚大，虽然主要责任在于汤恩伯部畏战不前，但司令长官无法治汤恩伯的罪，最后板子肯定是打在林广禄的500团身上，滕县已失，多填一个500团进去也是无力回天，司令部电令500团收拢败兵并后撤待命。滕县失陷第二天，汤恩伯主力到达临城以南的利国峄一线，得知滕县失守，又停了下来。日军占领了滕县，略作休整后，先遣队随即南下追击逃散的中国军队并试探性进攻。500团来回折腾一番，实在是走不动了，从滕县逃出来的川军连续厮杀几昼夜，也走不动了，他们停在了临城以北的荒山野地里休息。
“哎哟，你不是那个从柳州来的那个嘛……”饥肠辘辘的曹广仁想向500团的士兵讨点吃的，可是又不好开口，在人群里走来走去，突然看到了坐在牛车上的刘光宗，刘光宗已经累得连开口说话的力气都没有了，朝他点点头算是打招呼了。“有没得吃的嘛，我好几天没得吃饭了。”曹广仁看到刘光宗的口袋中露出的半个红薯，馋得直咽口水。刘光宗摸了摸口袋，那个在无名小村分的两个红薯自己一个也没有吃，看到曹广仁的样子，掏出一个递给他。“那我就不客气咯。”曹广仁接过红薯，顾不得擦掉泥土就塞进嘴里。吃了一个红薯，曹广仁话又多了起来：“那个信你帮我寄回切没得嘛？我算来算切，婆娘应该是生了，哎，你讲，会不会是茶壶嘴嘴儿哟？”“我哪里晓得，我又不是你婆娘。”刘光宗没好气地回了一句，开始有些后悔给他那个红薯了，这个家伙一有了精神，嘴巴就不停。“哎，哎，你咋个老板个脸喃？莫不是看不起我是个棒棒？你到底把信寄回切没得嘛？”曹广仁嘴巴还是不停。
“麻包叶！你亲戚找你！”刘光宗朝那边吼了一句，叶崇山懵懵懂懂地抬起头：“哪个亲戚？”刘光宗朝曹广仁努了努嘴：“他的信你寄了没有？”叶崇山搔了搔脑袋，才想起这个事情，那封信塞到他手上之后他就光顾着嫉妒刘光宗手上的那包云南烟草，信早就不记得放哪儿去了。曹广仁一看到叶崇山，很热情地凑了过来：“叶大哥，信是你寄回切的啊，你真是个好人，打完仗你到我屋头切，我喊我婆娘给你做几个好菜，你莫笑，成都的麻辣烫就数我婆娘做的最好……”叶崇山只得尴尬地支吾着，心里暗暗叫苦--要是他知道自己把信给弄丢了，不知道会不会当场就跟自己拼命。“日本鬼！日本鬼！”曹广仁还要和叶崇山套近乎，在山坡上放哨的韦世清看到一队骑兵奔驰而来，500团一阵骚动，略得小憩的林广禄一下跳了起来：“不要乱，不得吵，全部趴下！”然后跑上山坡查看。那是几十个日本骑兵先遣队，昨夜得知日军一个小分队碰到了中国援军，今天估摸着方向追击而来，不过他们没有发现隐藏在荒野中的500团，从500团侧翼几百米处绝尘而去。
林广禄看到骑兵走远了，看起来这支骑兵部队主要是侦察，不知道后面是不是跟着大部队，赶紧离开这里为妙。“屌丫咪……又要走啊？”叶崇山摸了摸酸痛的腿，看着已经露出了脚趾的布鞋，嘟哝道。500团爬了起来，准备继续南撤，岂料走了没多远，这支骑兵部队回头，正好看到了撤退中的500团，看到衣衫不整，蓬头垢面的500团，以为是从滕县撤出来的溃兵，想捞上一笔，一拍马就朝500团冲了过来。泥腿子们一下没了主张，几乎是愣着看那些骑兵从几百米外朝他们冲了过来，还是王家甘反应快，踹了叶崇山一脚：“×那细姑！架机枪！”机枪连6班手忙脚乱地架起了马克沁，叶崇山顾不得那么多，大概瞄准了冲在最前面的一个骑兵，一搂火就是一梭子打了过去，听到了机枪响，500团的其他士兵才醒悟过来，纷纷拉开枪栓朝骑兵射击。几个骑兵摔下马，其余的骑兵见状停下了脚步，拨马撤出500团的射程之外，远远地监视着500团，一个骑兵快马加鞭回头报信。“走！快点走！”林广禄看到骑兵的架势，知道后面还有部队，若再不走，500团就生死难料了。不过走出不到十里地，日军一个中队追了上来，走是走不掉了，500团只好占领了几个小山包拼死抵抗。
