西城亦然，在守军死伤殆尽的情况下被敌突破。至此，滕县东、南、西三面皆被日军占领，同时日军迅速从三面向城中心进逼，形势已极度险恶。王铭章命令各部收拢余部，与敌展开巷战，逐街逐巷争夺。他向孙震总司令发出最后一道电文：“……决以死拼，以报国家，以报知遇。”
     下午5时许，王铭章率军、师部人员欲转移至西关火车站作最后一拼，行进至电灯厂附近时，遭到西关城楼上日军的猛烈火力射杀，王铭章身中数弹倒地，他挣扎着半跪起身子，大吼：“杀呀!”并推开冲上来救护他的官兵：“你们快去同敌人拼吧，不要管我，我死在这里很痛快!”说完便气绝身亡。同时阵亡的还有：122师参谋长赵谓滨、124师参谋长邹慕陶、副官长傅哲民、参谋罗毅成、谢世文、张重、谢大薰等。
     王铭章阵亡后，41军少量余部一直坚持到第二天上午，零星抵抗至中午才最后停息。滕县之战坚持了四天半，41军的两个师基本上全部拼光，代军长王铭章以下大部将校官佐阵亡殉国，士兵与敌血刃至最后一人而无被俘者。
     第22集团军滕县一线的坚决拒敌，迟滞了日军攻占徐州的战役行动，为第五战区台儿庄战役参战各集团军赢得了宝贵的时间，大部分完成了战役运动集结。第五战区司令长官李宗仁战后慨然指出：“若无滕县之苦守，焉有台儿庄之大捷?台儿庄之战果，实滕县先烈所造成也!”