军人以服从命令为天职。“固守待援，固守待援！‘放下电话，王铭章以一种毅然的豪气向大家宣布：“立即传谕昭告城内全体官兵：我们决定死守滕城，我和大家一道，城存与存，城亡与亡！立即把南、北城门堵死，东西城门暂留通道，也随时准备封闭。没有本师长的手令，任何人不准出城，违者就地正法！‘
很快，王铭章的指令传达到了每一个士兵。士兵们得知王师长决心与大家同在，很受鼓舞，个个决心以死相拼，杀敌报国。士气是一种无形的力量，高昂的士气是部队战斗力的保证。王铭章的军队就是这样，他们以血肉之躯使敌人难以前进。光是16日这一天，就有万余发炮弹落在滕县，东城门到东关一段不到500米的电话线竟被炸断了27次；敌人的10数架飞机也不间断地在城关低空盘旋。敌人从早至晚不断发起攻击，他们先是用炮火猛攻城墙，打开缺口，然后掩护步兵攻击前进，企图通过缺口入城。王铭章亲自跑到东关督战。当敌人的步兵进到缺口处，守城的勇士们立即抛下一群手榴弹，炸得敌人尸骨横飞。这一天，敌人发起三次大的攻势，每一次攻势中不间断组织步兵一批批攻击，但都被我守军打退。最后一次攻势，敌人甚至夺得了东关，但王铭章手下的将士们不惜以惨重的代价与敌人激烈肉搏，重新夺回了东关。这一天，滕县仍在守军手中，但是敌人已从东、南、北三面包围了滕县。敌人不习惯夜战，一到天黑，战斗自然就停止了。这样，从入夜到黎明成了守城军队重新布防最宝贵的时光。王铭章首先将城外四十一军的2000余名官兵撤回城内，这样，守城的力量又强了许多。然后命令将士们彻夜补充弹药、整修工事、挖防空洞、捆绑云梯，尽最大力量做最充分的准备。敌人此时也在调兵遣将。他们趁着夜色，集中了近4万人的兵力以及山、野、重炮70余门，战车四五十辆，准备次日一举突破滕县城防。
果然，17日天刚亮，敌人几十门大炮和27架飞机就开始狂轰滥炸，顿时，全城硝烟弥漫，火光冲天，炮弹的爆炸声、房屋的倒塌声连成一片，惊天动地，两小时后，滕县的大街小巷成了一片焦土，只有北关的美国教堂还依稀可辨。敌人的猛烈炮火致使南关的守城士兵被敌人炮弹炸死炸伤半数以上，一二四师三七o旅旅长吕康、副旅长汪朝廉亲临城墙根指挥督战，双双重伤；东关的工事被敌摧毁。守军以血肉之躯顽强地抵抗着敌人的坦克和猛烈的炮火。中午，一二四师七四o团团长王麟负重伤，政训员胡清溪也中弹牺牲。守军伤亡惨重。王铭章焦急万分，他一边指挥将士们抵抗，一边给军部发出电报：“黎明敌即以大炮向城猛攻，东南角城墙被冲破数处，王麟团长负伤，现正督师死力堵塞中。”但是，战局不断恶化，王麟团长终因伤势太重而牺牲，王铭章又一次致电孙震：“敌人以炮兵猛轰我城内及东南城墙，东门附近又被毁数段，敌步兵登城，经我反击，毙敌无数，已将其击退，若友军深夜再无消息，则孤城危矣。”到下午两点，南关、东关相继失守，守城将士们死伤惨重。王铭章明白，现在已到生命的最后关头，他给孙震发出了第三封电报：“友军仍无枪声，想系为敌所阻，目前敌用重炮、飞机从晨至午不断猛轰，城墙缺口多处，敌步兵屡次登城，屡被击退。职忆委座成仁之训，及开封面谕嘉慰之词，决心死拼，以报国家，以报知遇。”
发完电报，敌人已登上城墙，蜂拥入城。王铭章已做好了最坏的打算，他直奔城中心十字街口，亲自指挥部下与敌肉搏。他要以自己的榜样去鼓舞那些战士们，杀敌报仇、杀敌报国。
临近黄昏，敌人攻入了西门，占领了西城墙，王铭章率领身边的参谋立即登上西北城墙，指挥作战。西门是守城将士与后方联系的惟一通道，失去这一通道意味着什么，王铭章非常清楚。他命令身边仅有的师部特务连的一个排夺回西门城楼，勇士们冲上前去，但全部壮烈牺牲。看着与他同甘共苦的弟兄们倒下去，王铭章按捺不住自己激动的情绪，马上命身边的随从和他一道去西关指挥在那里与敌激战的三七二旅，他要继续与敌拼搏，直到最后。
此时，城墙上的敌人居高临下，王铭章的行动被他们看得清清楚楚。当王铭章率众人行至西关电灯厂附近时，敌人的机关枪密密麻麻射向了他们，王铭章中弹了，他知道自己不行了，“你们快同敌人拼去，杀敌！杀敌！不要管我，我死在这里痛快……”，他用急促的声音挣扎着对部下说完，便倒了下去。
王铭章牺牲后，战斗还在继续。尽管敌人大部队已冲入城中，将士们仍然继续拼杀；东门的守军一直坚持到黄昏，东北、西北两个城角和北面城墙天黑后仍在守军手中。北城墙的守军二三百人趁夜色突围出城，撤到后方，城内未能撤出的三四百人一直与敌对抗，逐街逐巷逐屋肉搏，重伤员则以手榴弹互炸殉城，宁死不落敌手，战斗一直坚持到18日中午。滕县守卫战中，王铭章部以付出伤亡四五千人的代价，抵挡了日军的精锐之师数万人达三天半之久。从而为后续部队赢得了时间，使敌人攻取徐州的计划归于失败。正如第五战区司令长官李宗仁所说：“若无滕县之苦守，焉有台儿庄之大捷，是台儿庄之战果，实滕县先烈造成之也。”就连日军中的记者也说：“1938年3月初，我军攻占济南后，组织濑谷混成支队，以步兵两联队配合相当数量的炮兵、坦克、飞机，继续南进，在泰安、兖州等处，均未遇到抵抗，但到滕县后，遇到四十一军之一二二师顽强抵抗三天，我军遭受很大损伤。”
王铭章以生命表现出我们民族高尚的气节，唤起了更多人抗日的决心。1938年5月9日，王铭章将军的灵柩抵达武汉时，万人空巷，在车站迎灵，在灵柩运回他的家乡四川新都的途中，群众的路祭络绎不绝，就连英、法在长江的船舶都鸣礼炮、下半旗致哀。郭沫若在1938年5月9日发表的广播悼词中赞颂道：‘王师长是我们炎黄的优秀子孙，是保国卫民的英勇战士，是中国的模范军人，他的死为国家、为民族、为全中国人民，他的勋名将永垂史册，他的精神将永远不死！‘*和中共中央其他领导人陈绍禹、秦邦宪、吴玉章、董必武联名写下一副挽联：
奋占守孤城，视死如归，是革命军人本色；
决心歼强敌，以身殉国，为中华民族争光。
蒋介石在战役结束后的3月30日给第五战区司令长官李宗仁回复电报：‘王故师长铭章，力战殉国，达成任务，缅怀壮烈，悼惜殊深，准给特恤一万二千元，转请国府特予褒扬，追赠陆军上将，由军委会依上将例给恤，并将生平事绩宣付史馆，以资矜惜，而慰忠勇！‘前国民政府主席林森为王铭章墓园门额题写了“壮节殊勋”四个大字！
1984年9月，中华人民共和国民政部正式追认王铭章为革命烈士。
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