军发动了第六次攻势，各火炮增加到30余门，集中轰击东寨门，并以分炮火向东关、城里和火车站施以重击，企图阻止守军增援，另有每批6架飞机在上空番助战。日军步兵在大火力掩护下，一次三个小队，每队相距约百米，前后重叠成梯形向东寨门冲锋。前面的一小队被守军消灭得所剩无几，守军前沿阵地官兵也伤亡惨重。严营长急将生力軍第十二连补上，十二连立足未稳，日军第二梯队又冲上来。呐喊厮杀中，双方展开搏战。日军一小队全被歼，十二连也基本上全阵亡。

城防司令张宣武立即又将十三连调来，该连正由城里奔赴东关增援之际，日军第三梯队蜂拥而上，虽经东寨墙南北两队的堵击，但仍有60余名日军突寨里。此时已夜幕降临，日军不惯夜战，就地用自己人的尸垒起工事，双方相距数十步，形成对峙局面。凌晨1时，得到十三连增援的严营长组织100多人的敢死队连夜发起反击，终将突的日军全消灭，敢死队也伤亡惨重。凌晨4后，枪炮声才渐趋沉寂。

19日上午，在日军攻东关的同时，界河一线的正面日军，愈益加攻势。四十五军经3天浴血奋战，伤亡过半，且与滕县的通、通讯全被截断，指挥失灵。中午以后，四十五军正面阵地逐次被日军突破。守卫在井、池集的吕康、曾元两个旅，在与日军拼搏一天天后，退守大坞、小坞一带。傍晚，四十一军所属两个多团的兵力，放弃滕县外围阵地，撤到城里布防。各队分区、分段防守，彻夜整修工事。

夜间，日军矶谷师团调集第十师团和第五师团的一个旅，共3万余人对滕县东、南、北三面实施包围。

当天，日军侵占北沙河村，行疯狂地屠杀，制造了“北沙河惨案”。随后日军近县城，得知日軍兽行的数千名百姓惊恐万状扶老携幼城逃难。是夜，逃往颜吉山和孤山的一群众，在东沙河西南与日军搜索队遭遇，日军当即架起机枪行扫，无数难民倒在血泊之中……

3月20日，守軍经4天浴血奋战，伤亡过半，守軍仅有的2机枪和10火箭筒损失殆尽，督战队也仅剩李蟲等三人，李蟲等人率30名手下﹙多是调的川軍﹚撤至守军司令，拱卫总指挥王铭章。

3月21日日军以六十门山炮、野炮向滕县城轰击。20余架飞机临空投弹、扫。城里城外顿时硝烟弥漫，一片火海。8时后，日军坦克10余辆掩护步兵攻东关，同时用飞机疯狂地行低空扫。防守东关的第一二四师七四○团顽抵抗，死伤惨重，日军也遗尸累累。鲜为人知的是：当时该团还用机枪击落超低空轰炸敌机3架，城外的百姓看得一清二楚，其中，一架飞机的驾驶员尸體上有証件，上书有义棉次三郎的名字。可见战斗之惨烈。

同时另一分日军在七八辆坦克的掩护下，向城垣东南角轰塌冲锋。守军七二七团第二连组织敢死队以集束手榴弹炸毁坦克2辆，击毙日军五六十人，该连也死伤殆尽。