1938年3月13日，北路川军重挫偷袭部队，滕县城防顿时空虚，日军挥兵全面猛攻。
余坚率领两营官兵赶到池头集时，已经是3月13日凌晨两点。他随即按照吕康的命令，以熊顺义营进至高庄，对侯山方向的日军构筑阵地，黄伯亮营在池头集构成阵地，另派侦察兵前往三山、九山侦探敌情。
由于附近山石过于坚固，难以构筑工事。熊顺义、黄伯亮两营的主阵地都推向光头山北麓和山前深沟，赶紧作好侧防设施，构筑密集火力网。
当两营构筑阵地的时候，侦察兵回报，三山、九山一带没有发现敌踪。
熊顺义正在指挥部队构筑工事，突然有十几个当地青年跑来报告，说有三千多个鬼子兵从济宁方向沿着邹腾公路，从正北面向池头集大举进攻。他们告诉说，前面的山前有一处深沟，是鬼子的必经之地，可以在沟边埋伏，和山上的阵地一起上、下同时打击日军。
熊顺义赶紧派人去看，果然是个好地方，立即派出轻机枪班前往埋伏。这些青年也主动要求一同战斗，熊顺义就分给他们一些步枪和手榴弹。
这边刚刚作好埋伏，日军搜索部队就开过来了，大家一直等到日军前进到阵地前四百米以内，正面、侧面守军机步枪一起开火。日军赶紧后退，死伤不少。
打了一会儿，日军大部队赶来，又来冲锋。山上、山下的官兵和当地青年，仍等待日军靠近时再猛射，准备一鼓作气打退日军攻势。
日军赶紧用炮轰，大家都隐蔽不动，等日军再次冲锋时，才给予还击。如此这般，打退了日军四次进攻。日军见久攻不下，便只好后撤。
日军包抄川军后路的计划失败后，于3月13日拂晓直接从正面发起总攻。
界河前线的普阳山、香城主阵地受到日军第10师团主力的猛烈进攻。另有一支约三千人的步骑联合支队，向川军右翼龙山阵地包抄。127师主阵地石墙，受到日军106师主力攻击。敌人来势凶猛，川军只好依托坚固阵地，奋勇抗拒。
一个小时后，王铭章询问前线情况，陈离报告说，右翼战斗激烈，敌我双方伤亡惨重。左翼370旅旅长吕康报告，来犯之敌被127师阻于石墙一线，370旅深井、常峪阵地平静。
又过了一个小时，陈离来电话，敌增兵石墙，127师主力被包围，请求支援。王铭章立即令吕康派援兵。
午后两点钟，124师代师长税梯青电话，370旅正面阵地常峪与敌激战，右翼深井阵地发现敌步骑混合部队，在坦克掩护下向我进攻。该旅被正面敌人牵制住，不能分兵，请求增援。
王铭章急令驻池头集的372旅曾苏元支援。曾苏元立即令副团长曹文彬（团长负伤）率团前往。
曹文彬以勇猛著称，他率团快速赶到深井，乘敌不备，以集束手榴弹炸毁坦克，猛攻敌军阵地，进行肉搏。吕康部也趁机反攻，合力将日军一一击退。
孙震获悉日军大举进攻，东路龙山方向和中路普阳山、界河一线形势紧张，要王铭章将驻守南沙河的一个营调往前线增援。王铭章随即电话令122师代师长兼364旅长王志远，让他令该旅张宣武团长率727团两个营立即由南沙河进至北沙河两岸，占领第二线阵地，部署防御工事。
王铭章随即同赵渭宾、王志远等到城内124师、127师师部了解城防及前线战况。
他们很快发现了一个非常危险的情况：滕县城内虽然已经有两个师部，却基本上没有战斗部队，这里的城防情形严重空虚。
首先，滕县城一带的地形很不利于川军防守。金斗山以东及以北、喀喽山及界河以南，特别是滕县附近，为开阔平坦地带，有利于日军战车活动，不利于川军攻守。124师驻守北沙河阵地的372旅余坚团被调走后，滕县城更是随时都有可能被部分日军包抄、失陷。
王铭章赶紧命令王志远立即率727团在南沙河的另一个营进驻滕县。
就在当天上午，香城方向炮声断断续续，从早上一直打到午后才完全停下来。
正率领部队在界河阵地布防的团长瞿联丞电话告诉各营长，判断日军做威力侦察，即将大举进攻，要各营做好战斗准备，不要大意。但是，日军除了不断派出飞机从界河阵地飞向滕县和临城一带侦察、轰炸之外，并没有大举进攻界河。
实际上，就在香城东南边和西南边不远的普阳山和龙山防线，3月13日激战了一天。
龙山的45军预备队与日军激战了整整一天。日军使用飞机、大炮和坦克，对龙山阵地进行了猛烈的轰炸和扫射，预备队伤亡重大，被迫向南撤退。
45军125师姚超伦团，也在普阳山被日军包围，被迫趁夜从日军占领的村落之间转移到香城侧面的黄山阵地。
下午六点，王铭章向孙震回报战况，孙震很是满意，要王铭章代表他到前沿阵地去慰问官兵，传达奋勇抗战的指示。王铭章立即带罗辛甲、鲁江平、李绍坤前往界河前线。
在45军指挥部，王铭章见到老朋友陈离，满身尘土、熬红了双眼。他紧握陈离的手：“你太辛苦了，孙总司令叫我代表他来慰问你和各位官兵。”
“最辛苦的是战壕里的兄弟们，我陪你去战壕看望他们。”
王铭章一行每到一处，都强调说：“弟兄们辛苦了！孙总司令对今天的战斗非常满意，叫我代表他到阵地上看望大家，他说，咱们以劣势装备抵挡住强敌，用鲜血保住了阵地，非常了不起，他要为大家请功。”
将士们热烈地鼓掌。王铭章接着说：“孙总司令强调，我们的任务就是确保滕县，人人要抱着有敌无我、有我无敌的决心，与敌人死拼，与阵地共存亡。”
官兵们再次报以热烈的掌声，高呼：
“打倒日本帝国主义！”
“人在阵地在，誓与阵地共存亡！”
“他妈的，老子就是战死了，变成死尸，也要绊鬼子一跤，摔死他！”
几乎在王铭章他们发现滕县城防空虚的同时，日军也注意到这一点，但他们所看到的问题更加严重。
日军指挥部发现，原定的西路突破计划遭到意想不到的顽强抵抗，难以继续推进，但从东路的进攻却是意想不到的顺利。与此同时，随着川军预备部队纷纷从滕县县城附近和南沙河一带开往一线，滕县县城本身，甚至其后面的集团军总部所在地临城，都出现了严重的防务空虚。
日第二军团令司令部综合分析以上情况，立即下令第10师团进击京杭大运河以北的川军。矶谷廉介得到命令后，进一步对部下表示了追击至临城的意图。另要求从青岛方向转进的坂垣征四郎所部第5师团，配合第10师团作战，占领临沂后分兵向西南进攻，进入峄县附近。
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