500团已经实在跑不动了，灰色长龙像虫子一样慢慢地朝战场蠕动着，在一个无名小村，林广禄总算是征到了一些粮食和几辆牛车，林广禄看着疲惫不堪的500团，咬咬牙：“走不动的留下，走得动的先走。”
2营、3营一部加上机枪连这些体力好的不到一千人被集合起来，每个人分发两个红薯，将机枪放在牛车上，赶着牛车继续前进，而那些实在走不动的士兵们只好留在这个无名小村中，等候后继部队。
滕县乃徐州北部重镇，一旦丢失，徐州就门户洞开，无险可守，虽然第五战区司令长官连续电令汤恩伯兵团驰援，然而装备精良的汤恩伯兵团并不接受调遣，一直在战线外游离，血战中的122师一直在等候增援，
就在500团拼命增援的时候，16日上午八时，日军炮兵开始轰击滕县城，猛烈的炮火轰击了两个小时，城内东关和西关火车站共落下炮弹三千余发。东关南半寨墙被炸开两米宽的缺口。日军集中了数十挺轻重机枪猛烈射击以掩护步兵突入城墙，被中国守军用手榴弹砸下阵地，日军遂用重炮再次轰击守军阵地，如此反复三次，中国守军仍屹然不动。司令长官调不动中央军，手头离滕县最近的也只有这支未满编的桂军500团可以调动了，司令部甚至越过了师一级的指挥，直接命令林广禄：“若不及时赶到，500团团长提头来见！”
林广禄虽然是一个土匪头子，但也深知军令如山，只能咬牙赶着疲惫的士兵们拼命向滕县跑去，到了那里，打不打得了仗已经不重要了，重要的是让苦苦支撑的滕县守军看到希望。
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。
