援兵刚到东门，日军又向东关东北角发动冲锋，并将冲锋兵力增加到七八十人。守军张继先连组织敢死队百余人，仍用手榴弹和大刀将日军击退，战斗暂时平静。
下午四点多，日军33旅团濑谷旅团长在济宁方面的战事结束后，亲自率63联队主力抵达东关，指挥滕县方面战局。
五点左右，东关外郊日军赤紫联队在濑谷旅团长亲自指挥下实施了一次新的攻势，这次攻势更加猛烈。
此时日军大炮增加到约三十门，其中威力比山炮更大的野炮占大半。飞机以每批十架轮番攻击。攻击目标转移为东关正中间的东阁门。攻击方法也有所改变，不仅集中轰击东寨门，还一部分炮火向东关、城内和西关车站等处进行纵深射击，以阻止城内军队调动和增援。日军冲锋的步兵，也不再是每次一排人逐次冲锋，而是一次三个排，相距约一百米，波浪式冲锋。
日军最前面一排，被守军消灭殆尽。可是，日军猛烈的炮火和机枪攻击，使守军伤亡惨重。正当正疲惫之际，敌第二个排又冲上来了，严翊立即把预备队调上去。吴赞诚连立足未稳，第二波日军又冲上来。吴连官兵冲入阵地与敌人展开一场剧烈的肉搏战。日军第二波冲锋队被歼灭，而吴连也只剩下二十来名官兵。
守军还没来得及喘气，日军第三队又冲锋上来，张宣武赶紧调何经纬连增援援。就在团预备队何经纬连从东门内跑向东关增援的时候，日军第三队已经冲入缺口。
严翊赶紧从守备东关南北两头的部队调到东寨门伏击堵截，但日军已经冲进四十来名。这时，天色已暗，日军不惯夜战，没有增加兵力。双方在相距几十步以内对峙。何经纬率部抵达后，立即投入激战。
张宣武担心日军增援，决心不惜代价消灭入关日军。他抽调守备城垣东北面的727团第三营预备队的第11连张进如连，驰赴东关增援。他对张进如连的官兵们动员说：“如能圆满完成任务，官长和士兵都有重赏；如果不能把这二三十个鬼子消灭，你们就不要回来见我。”
11连发起猛攻，以阵亡两个排长、死伤七十多人的代价，终于把突入东寨门的日军全部消灭。
晚上八点，滕县城内外枪炮声停止，日军照明弹不时划破长空。照明弹下，东关寨墙内外，中日双方战士遗体累累。
当天，日军发炮万发以上。日军飞机从上午八时到黄昏，几乎未曾间断地在城关上盘旋，最多的一批有十八架，主要是投弹和扫射，另有侦察机和炮兵校正飞机。虽然日军飞机的直接危害不大，但飞机震耳欲聋的轰鸣声，简直令人神经错乱，对战士们精神威胁不在大炮机枪之下。
由于日军的狂轰滥炸，从东城门内团指挥部到东关严翊营营部不到一里路的电话线，被炸断二十五次。这一天的激战下来，严营生还者二十余人，严翊本人也在战斗中大腿中弹负伤。
晚上九点，王铭章请张宣武到122师部指挥所汇报当天战况和伤亡损耗情况。张宣武一踏进门，王铭章就紧握他的手，说：“张团长，你太辛苦了。想不到我们只这么一点点人竟然能支撑一整天，你真有办法。”
“这主要是严营长出力和士兵勇敢。”张宣武谦虚地说。
“严营长是英勇善战，你是指挥有方，我已经向孙总司令表扬了你，明天我还要直接打电报向委员长给你们两人请奖。”王铭章告诉说，“能把今天支撑过去，就不要紧了。因为我们在城外的部队马上都要调回来城内来，他们正在行动中，大约一两个钟头以后即可抵达。”
“调进城来的有哪些部队？”张宣武问。
“你那个团的两个营，和吕、曾两旅的两个团，都有把握能回来。只是童旅在路上可能有麻烦。今天我们不足一个团就能支撑一天，明天我们增加两三个团，还怕什么？如果把明天支撑过去，汤军团的援军就可来到解围了。”王铭章看到了希望。
“吕、曾两旅到达后，我想请你继续担任城防司令，所有部队都归你统一指挥。”王铭章征求意见。
“团长怎能指挥旅长呢？”张宣武说。
“你可以直接指挥团长嘛。”王铭章道。
“以一个团长指挥其他旅师的团长，恐怕也不太顺当，还是由师长统一指挥为妥。至于城防，可以分区、分段负责，我愿担任最主要的区段和多负担一点任务。”张宣武说。
王铭章征询赵渭宾的意见。赵说：“张团长的意见也有道理。从早先在娘子关的情况看，部队按系统指挥更好一些，城防可以分段负责。”
王铭章犹豫了一下，同意这样做。
当晚十点，张宣武刚离开总指挥部，就有战士跑来报告王铭章，说西关车站附近发生小规模战斗。
“走，到西门城楼上去看看。”王铭章估计有部队回城。
刚接近西城门，就听见城外传来嘹亮的号音。
“是372旅回来了！”王铭章仔细听号音，高兴地说，赶紧加快脚步。
他登上城楼时，城楼上的守军已经欢腾起来。王铭章顺着战士们的指向看去，远远看见西关火车站南侧铁路上，二十多个司号员正在向城内一齐吹号。
“好！把你们营的号手也都叫过来，一起回答他们。”
嘹亮的号音划破长空。几乎同时，北门也响起了“知道友军回来了”的号音。两营的官兵们随即看见铁路附近的战友欢呼起来，士气为之振奋。
没过多久，城内的人听到了西关车站方向传来“370旅回来了”的号音，立即响应。370旅随即从车站南边的桥洞开入城内，进城时，受到王铭章、陈离等高级将领和城内战友们的夹道欢迎。
原来，当天下午三点半，正在滕县城西北山区边缘阵地阻止西路日军的124师370旅旅长吕康，和372旅旅长曾苏元，突然接到代师长税梯青的命令：
1、本师有巩固滕县，待汤军团增援之任务；
2、曾旅肃清西门外之敌，保持后方交通；
3、吕旅肃清南门外之敌，巩固滕城。
两旅见滕县城防形势严峻，赶紧由驻守大小坞村的370旅留下一小部监视日军，其余大部立即回援滕县，以一级战备的急行军方式，按372旅、370旅的顺序，相互掩护回援。
曾苏元令熊顺义、黄伯亮率领743团第二、三营为战备行军的前卫部队，小跑速度，同时准备排除途中任何阻挠，打回县城。曾苏元亲率另外两个营紧跟上。
熊顺义和黄伯亮是军校同学、好友，两人初入军校时，都是王铭章的学生。两人并肩前进，边走边估计前面敌情，研究战术方案。
部队行至北沙河，发现麦田里和道路上有日军坦克的履带痕迹。两营赶紧转为以钳形阵容前进，突破几次小股日军阻击，于晚上九点多抵达滕县西关。
西关车站本应是防守要点，却由于城防缺乏兵力，没法分兵占据，王铭章将师部迁入城内后，个别位置即被少量日军侵占。熊、黄两人都认为西关车站是战略要地，必须肃清周边日军，立即组织部队扫清附近日军。战斗结束后，就集中两营号手向城内发出通知。
就在124师两个旅抵达的同时，在洪疃、高庙、北沙河一线的122师727团1、2营，也奉命陆续进入滕县。
王铭章马上召集旅长以上将领开军事会议。会上对敌我情况判断如下：
1、当面之敌同我激战一天，伤亡不小，但日军也有后续部队赶到，预计明天的战斗必将更加激烈。城外日军主力，仍集中在东关外高地附近，但一部分已经越过南沙河。
2、城内与本集团45军125、127师的联络已经中断，该军部队情况不明。前方各部可能已被敌击溃，分别向南撤退。
3、友军汤恩伯军团先头部队已奉命前往滕县解围，尚未取得联系，估计正被日军阻止于南沙河以南。
4、我集团奉委员长命令固守滕县城等待援军，全军官兵必须下定决心，城存与存，城亡与亡。
根据敌我情况变化，重新调整部署如下：
1、北关及东、北两面城防，包括东南城角（不含）、东城墙、北城墙、直到西北城角（含），由122师负责。由727团团长张宣武负责指挥。
2、东关及西、南两面城防，包括东南城角（不含）、南城墙、西城墙，直到西北城角（不含），由124师370旅740团（欠一营）和739团的一个营，及集团军特务营（三个步兵连）负责。由370旅旅长吕康统一指挥。
3、西关车站及西关铁路线东西两侧，由124师372旅指挥743团负责。其中，熊顺义营守备车站，另外两营为总预备队，控制铁路两侧。由372旅旅长卢济清负责指挥。
4．城内弹药和粮食充足，各部抓紧补充。各部抓紧修筑防御工事、防空掩蔽部。守城部队要多扎云梯，以便躲避空袭和迅速登城迎敌。各部间迅速构成通信网。
分区任务下达后，张宣武随即将122师的城防任务分解落实：364旅727团一部，与366旅731团的严翊营残部，担任从东南城角（含）垣西北城角的东北两面城防，并以一部守北关。364旅727团另一部，于41军特务营（欠一连），担任西北城角（含）垣东南城角（不含）的西南两面城防。
124师370旅旅长吕康也随即命令740团迅速接替东关守备任务，蔡钲营守备南城墙（含东南城角）、南城门；刘止戎营守备西城墙（含西南城角）。
372旅曾苏元旅长令743团，一部分布置于西关火车站，为总预备队，另一部分守卫南关。