有汉奸发现了他们，悄悄跑去告诉日军巡逻兵。日军随即派骑兵和装甲部队对这群人进行包围袭击。
战士们发现日军时，日军已经冲到面前来了。向日军通风报信的那个汉奸，给日军逼着走在前面带路，马上就被抵抗的官兵当场击毙。官兵们也纷纷被日本坦克和骑兵打死、碾死，不少人被逼入微山湖里淹死，只有两个水性极好的战士侥幸潜水到夏镇脱险。
王铭章听鲁江平报告周同阵亡消息，很是悲痛，更决心以死殉城。
他率众走出北门指挥部后，并没有就近出城，而是督率身边卫队，向南跑到城中心的十字街口，面对东门和南门方向，依托街道两侧沙袋，指挥作战。
其间，王铭章多次要赵渭宾和邹绍孟几位高级将领和参谋人员出城，众人坚决要和王铭章同生共死，王铭章咬咬牙，决心待部队基本突围之后，尽量率身边的人突围。
下午五点左右，日军占领西城墙和西门后，从西、南城楼集中火力向城中心十字街口射击，王铭章一群人陷入交叉火力夹攻之下。
王铭章环视左右，虽然仍有枪炮声，但已经看不见什么自己人了，估计大多数人已经突围而出，就带着122师、124师两个司令部的随行人员，在仅有的一个手枪排火力保卫下，向西北城角缺口冲去。
这时，西门城楼日军枪炮猛射，大家一边反击，一边缒城出去。其间，少校参谋谢大墉在城墙口被日军从远处城墙上打过来的平射炮击中头部，副官长罗辛甲枪伤坠城身亡，和他们随行的鲁江平也中弹坠城。
王铭章等在警卫排的拼死掩护下，艰难越过了城墙和城外壕沟。一行人行至西关电灯厂附近一开阔地带时，被西门城楼上增援来的日军发现，密集火力射击。
大家转身察看目标时，赵渭宾被弹穿腹部，倒地挣扎。他的卫士陈洪恩赶紧上去搀扶，赵渭宾说：“不行了，别管我，快带上我的手枪，保护王师长突围。回去后，把枪给铁松，让他好好学……”说着就咽气了。
王铭章闻声转过身来，刚迈出一步，自己也身中数弹，腹部血流如注。卫士副官李绍坤见状，急忙跟上搀扶。
王铭章指了指口袋，挣扎着说了句“电报，死守……突围……”就停止了说话。
李绍坤赶紧取出云南白药，已经灌不进口。不一会儿，王铭章的身手逐渐发凉。
李绍坤按王铭章临终指示去摸他的衣服口袋，掏出一枚水晶印章，和那份没有发出去的电报稿纸，电报纸上已经染上了鲜血。
与王铭章、赵渭宾同时殉难的，还有124师参谋长邹绍孟、政治部主任缪嘉文、副官长傅哲明等人。
当时的随行人员和护卫人员中，仅王铭章的侍卫副官李绍坤和赵渭宾的卫士陈洪恩两人幸免于死。
两人把王铭章和赵渭宾等的遗体轻轻移到壕沟边，就近拣了几块木板盖住，洒泪离开，辗转到徐州，向孙震汇报滕县噩耗，将电报稿交给他。
孙震看着印章和电报，失声痛哭，随命两人带几个战士潜返滕县，寻找王铭章遗体。几经周折，终于在当地老百姓和红十字会的大力帮助下找到了，并设法运出敌占区，送到徐州。
赵渭宾、邹绍孟等的遗体，也同时被找到。因当时处于日占区，没法都运出来，便只好当即就地安埋。
由于很多当地民众主动帮助372旅放哨、修工事、救护伤员，还有不少义勇队员主动参加战斗，日军对西关车站阵地的几次进攻都没能得逞。
17日晚上六点多，日军用坦克掩护步兵从铁桥下穿过，企图再次攻占西关车站。熊顺义、黄伯亮两营残余官兵顽强出击。两个营长甚至都亲自抱着集束手榴弹去炸坦克。日军兵力有限，见难以攻克，就转向南边的墓地一带布置阵地，截断突围退路。
九点多，驻守西关车站掩护城内突围的372旅旅长曾苏元，见从城里出来的官兵越来越少，以至于很久才能等几个人，便决定开始撤退，安排熊顺义营负责断后。该营以车站和铁道线进行掩护。
掩护部队的主力撤走后，日军趁机渗入西关车站以西的街市，熊营才开始撤离。熊营在路过西关西南的一大片麦田和零星坟墓时，也遭遇日军的机枪射击。
走在掩护部队最后面的是武景文连，他们撤离时已近半夜。由于日军阻击，截断了与营部的联系，于是沿津浦路西侧南下。18日，该连剩余十多人抵达临城附近的夏镇渡口，与先前突围而来的王哲贤等会合。在等渡船时一同遭到日军包围，被逼入微山湖，包括武景文在内的二百多名官兵，全部壮烈牺牲。
17日晚和18日白天，城内未逃出城的零散官兵数百人，不愿作俘虏的将士，纷纷用手榴弹与日军同归于尽。直到18日中午，派往滕县上空侦察的中国空军，还观察到城内外仍有零星战斗。
18日下午，少数被俘虏的官兵和伤员，被日军集中到西南城墙外沙滩上，用刺刀捅死。
晚上，附近老乡悄悄前往收埋尸体，仔细查看还有没有侥幸活下来的人。他们发现122师的文书鲁江平还隐隐有一丝气息，就悄悄把他抬到村子里隐藏救治。在老乡的精心救护下，两个月后，鲁江平伤情奇迹般好转，而后，老乡们把他辗转送回部队。
随后，所有22集团军的官兵，奉战区司令长官李宗仁和集团军总司令孙震的命令，在韩庄收容，随即转移到徐州柳泉、柳兴庄一带收容整编、集结待命。
尾声 台儿庄大捷 王铭章哀荣
1938年4、5月，台儿庄大捷，李宗仁重挫坂垣师团，全国军政各界纷纷为王铭章凭吊致词。
川军22集团军41军在滕县的死守待援，虽然由于装备悬殊、指挥失当和援军受阻而伤亡惨重，但其艰苦悲壮的拼死抵抗，不仅为第二次化解徐州之危赢得了宝贵时间，并大大消耗了日军的战争物资和兵力。疲惫不堪的日军濑谷旅团和整个矶谷师团，在占据临城一带后已无力继续南下进攻徐州。这为汤恩伯集团主力在运河以南部署阵地和战略展开争取了宝贵的时间。
随后，矶谷师团企图东进台儿庄，从背后夹攻关麟徵军和张自忠军，为陷入临沂战场的坂垣师团解围，反而和坂垣师团一起被李宗仁指挥中国大军包围歼灭，击毙11984人，击毁坦克30余辆，缴获大炮机枪无数，矶谷师团的主力被彻底歼灭。这就历史上震惊中外的台儿庄大捷。
很少有人注意到，在台儿庄战役过程中，正面抗战主力部队孙连仲部所凭借的主要坚固工事，正是先前王铭章和赵渭宾指挥122师官兵用劳动竞赛方式修筑的。
与此同时，在柳兴庄收容整编后的川军，开赴运河南岸，防御韩庄敌军，并渡过运河向敌进攻，虽因日军在车站的工事坚固未竟全功，却有力地牵制了周围日军对台儿庄的增援。
川军22集团军，特别是41军在滕县外围和滕县城防战斗中的惨重牺牲，为中国军队在第五战区赢得轰动中外的台儿庄大捷做出了重要贡献。第五战区司令长官李宗仁慨然称道：“如无滕县之固守，焉有台儿庄之大捷！川军以寡敌众，写成川军史上最光辉的一页！”
更具有战略意义的是，日军大本营和天皇政府为血洗台儿庄大败的耻辱，愤然改变与中国持久战争的议定策略，仓促发动徐州会战，全面陷入不能自拔的侵华战争泥潭之中，直到1945年8月15日被迫投降。
也正是由于鲁南抗战的艰苦悲壮和卓越成果，蒋介石和李宗仁都明确认定滕县城防完成任务，并给以极高的评价和褒奖。为此，蒋介石于3月30日致电李宗仁：
“李司令长官询鉴：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，并将生平事迹宣付史馆，以奖矜惜，而慰忠勇。”
李宗仁也为滕县抗战怆然敬题：
“拼一军全部的血肉，作整个战局的支撑，壮矣哉成仁！伟矣哉成功！书之史叶，光照天下后世而永见其然然”
5月初，王铭章的灵柩抵当时抗战指挥中心武汉的大智门火车站时，上万军民前往迎灵，随即举行公祭。全国军政各界纷纷凭吊致词。其中，
国民政府军事委员会委员长蒋介石的题词是：民族光荣
挽联为：执干戈以卫邦家，壮志不还，拼取忠忱垂宇宙；
闻鼓鼙而思良将，国殇同哭，忍标遗像肃清高。
祭文为：国运屯蹇，倭夷跳梁，既躏北陆，复肆京杭。
粤维王君，实奋鹰扬，杀敌致果，气贯星芒。
守峄守滕，坚将金汤，胡天不吊，竟丧元良。
舍生取义，积懋旌常，马革归来，哀骈一方。
眷怀壮烈，奠致椒浆，悠悠遐风，千载张光。
尚飧。
国民政府主席林森的题词是：壮节殊勋
挽联为：云暗鲁天魂归蜀道，
忠昭党国绩著旌旗。
军政部长、军事委员会总参谋长何应钦的挽联为：
木挺夜樱城，罴威当道；
铁枪今殉国，豹无留皮。
第五战区司令长官李宗仁的挽联为：
1、君真三峡豪，拼血肉作墙垣，顿使瓮城成铁壁；我黍五区帅，率健儿驱丑虏，誓将凯奏慰忠魂。
2、碧血洒滕城，壮志难酬，只惜英才多死职；玄棺柜蜀道，忠魂不返，当为厉鬼助平倭。
川康绥靖主任邓锡侯的挽联为：
与孤城共存亡，视死如归，裹革尚留残齿在；为天下倡忠义，闻风兴起，请缨纷系虏头来。
22集团军总司令孙震的挽联为：
徐淮劳捍卫，扼险绝援，成君之勇，见危授命，成君之仁，忠骸为垒血为豪；风雨促悲怀，歼仇报国，与我同心，明耻教军，与我同志，英气在天魂在阵。
中共代表吴玉章、董必武，八路军代表罗炳辉等也参加了迎灵公祭，并以毛泽东、吴玉章、董必武的名义，代表中国共产党敬赠了挽联：
奋战守孤城，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。
作为川军22集团军的特殊友军，朱德、彭德怀、周恩来也代表八路军将士联名撰赠挽联：
一旅守孤城，为民族解放事业牺牲，真是炎黄子孙，流芳青史；万人兴义愤，抗日本