王铭章在敌军攻占南城墙和东关后，亲临城中心十字街口指挥作战。此时，占领南城墙之敌在机枪火力掩护下，从西南城角向西城墙逼进，敌炮兵集中火力射击西门城楼。西门、火车站，守军失去城墙等工事掩护，暴露在敌火力之下，伤亡极大，仍坚持抵抗。

下午五时，敌占领西城墙和西门，王铭章命令城内各部与敌巷战，西关守军死战待援，自己登上西北城墙，亲自指挥警卫连一个排进攻西门城楼。因敌火力猛烈，城墙上毫无掩蔽，该排全部阵亡。此时，王铭章亲临城中心十字街口指挥作战，不幸身中数弹，当场牺牲。壮烈殉国。同时殉难的还有参谋长赵渭滨及一二四师参谋长邹绍孟等人。王铭章将军牺牲后，守城官兵仍继续与日军搏斗，除少数突围外，其余皆洒尽了最后一滴血。

滕县之战，王铭章将军指挥第四十一军，挫敌凶锋，阻敌锐进，为徐州一带中国军队的集结赢得了时间，也使日军第十师团受到较大损失，为尔后的台儿庄大捷，创造了有利条件。

徐州会战的指挥官、第五战区司令长官李宗仁将军高度评价说：“若无滕县之苦守，焉有台儿庄大捷?台儿庄之战果，实滕县先烈所造成也!”