3月11日，徐祖诒和张自忠率第59军从峄县急行军，于12日达光临沂城西地区，当日召开作战集会。两位军长同一熟谙后，由徐祖诒以第五战区司令长官的名义于13日下达了作战号令。首要内容为：“(1)59军以一部确占石家屯一带高地，向葛沟、白塔间分途侧击，管束仇敌之声援；主力由船流至大、小姜庄间渡河，向南旋回，与40军照应，包抄毁灭敌之主力于相公庄、东庄屯、亭子头以南地区。在高里四周之陆战队暂归批示。(2)40军以主力由沂河东岸与59军照应，包抄敌之主力毁灭之；在沂河西岸之一部，渡河侧击尤家庄四周之敌。(3)两军作战地境(略)。(4)以上各部着于13日晚筹办完，14日拂晓开端进犯。”
3月14日拂晓，日军濑谷支队在飞机、战车保护下，从两下店开端向中国军队的阵地打击，很快冲破了石墙、下看埠、白石山以及香城等前哨阵地，进至深井、界河、普阳山及龙山等主阵地带以北之线。第22个人军第一线各部依托既设工事固执抗击。日军猛攻竟日，中国军队固然伤亡甚众，但阵地耸然未动。
因为第22个人军的作战指导是诡计以阵地防备将日军禁止于滕县以北，以是在日军打击前后逐次将首要战役军队全数摆设于滕县城北各地，滕县城关地区独一第122、第124两个师部落第364旅1个旅部，共有4个间谍连的战役军队。当战役停顿狠恶、城外各阵地伤亡急剧增加、情势极其严峻时，第五战区电令孙震：“滕县为津浦路北段要点，干系全局，应极力死守。”同时奉告第20军团第85军正在驰援途中。孙震将环境及号令奉告王铭章后，王铭章决定加强城防力量，恪守待援，当即电令城前第366旅迅急回援滕县；令第364旅炸毁铁路大桥，留1个营戍守北沙河，1个营戍守城西洪町，其他撤入城内；令临城的第41军间谍营赶赴滕县。
“好了好了，我们改走了。”陆仁道。
“板载！”“板载！”
18日，第20军团的第52军达到韩庄、利国驿地区，以第2师的第8旅占据沙沟，保护主力在运河南岸设防。
为停止南进作战，日军第2军第10师团于2月间构成了以第33旅团为基干的濑谷支队(3月1日濑谷启少将替代田荣次郎少将，任第33旅团旅团长)
17日6时许，日军在飞机、炮兵火力保护下再度向东关打击，仍未有停顿。下午将主攻方向改在南城，先以15厘米榴弹炮集合火力轰击城墙，致城墙上的守军大部捐躯。苦战至15时30分，日军由坍塌处突上城墙，敏捷向东、西城墙扩大战果。守军残部由西门退至西关车站。不久，东关及西城门楼均为日军占据，仅余城内、北门及东北城角的守军仍在持续抗击，王铭章在城中十字路口四周批示巷战。但在日军强大火力制压下，守军逐步落空批示。王铭章诡计至西关车站构造该地残部持续戍守，在转移途中中弹捐躯。城中守军残部仍人自为战，逐屋抗击。18日中午，日军完整占据滕县城。