在此之前，黄樵松打心眼里压根瞧不上川军，同为杂牌军，黄樵松从来认为真正的军人，应该是纪律严明，吃苦耐劳，敢打敢拼，战斗力骁勇彪悍。可在他的印象中，川军这些没一样能沾上边，他们一手拿步枪，一手拎着烟枪，故而被称为双枪兵。他们从1937年8月出川以来，一直没有什么建树，且因装备差，战斗力弱，纪律松懈而被各大Z区长官们轻视乃至嫌弃，都不愿收容。听说这个情况被JS委员会副总参谋长白崇禧获知，就打电话询问第五Z区司令长官李宗仁，李长官正为手头无兵可用而忧心忡忡，他闻后道：诸葛亮扎草人做疑兵，他们（川军）总比草人有用些吧。
于是第22集团军奉命调往第五Z区，与1938年1月5日抵达徐州，听说当时他们还是穿着出川时的单衣短裤，有的赤足草履，所持都是老式汉阳造、大刀和手榴弹，还有为数很少的仿制的轻重机枪，迫击炮等陈旧装备。在此之前，川军参加太原会战，前后作战四十多天，损失过半，到达滕县的时候总兵力不到两万人。李宗仁给他们补充了部分装备后，于1月12日奉命开赴滕县驻防，准备阻击日军南下，打破其与敌第13师团夹击徐州的目的。第22集团军将指挥部设在临县，第45军沿界河构建前沿阵地修筑工事，第41军作为二线部队协防。
就在大家为李长官的抉择感到担忧时，接下来川军在面对日军表现出来的悍勇和爆烈，让所有人都大跌眼镜。
1月中下旬，第45军趁着雪夜，两次袭击邹县以南的两下店，这里距徐州一百二十公里，再往南就是微山湖畔的滕县。袭击的目的是为了进攻邹县做准备。两次夜袭虽然有所杀伤，但都未达到战术目的。2月16日拂晓，第45军125师组织四个营的兵力，再次突袭两下店，主攻左翼的两个营敢死队队员们反穿棉衣，与雪地混成一色，饱餐过后，进发葛山，攻击部队从左右两翼发动袭击，他们冒着飞舞的弹片，快速穿过两三百米的开阔地，在经受了重大伤亡的情况下，和右翼的助攻部队携手攻入镇内，两边顿时陷入了巷战。
日军核心阵地周围布满了工事和铁丝网，四周的房屋被推到，没有掩体和火力四角，他们从工事里和屋顶上，用轻重武器编织了一张风雨不透的强大火力网，阻挡了没有火炮和轻重机枪掩护的川军，敢死队只带着大刀和手榴弹，他们一波一波的发起冲锋，前赴后继，最后伤亡殆尽。剩下的被压制在两间民房里，两边形成对峙局面。到了下午，日军增援部队赶到，他们包围了川军士兵，此时大势已去，团长谭上蛟下令突围，他们冲开一条血路，乘夜杀出重围。此次突袭战生还者仅仅二百余人，其他一千余人全部阵亡了。
第22集团军其余部队都各自展开了游击战。2月13日，第45军127师的谍报人员侦获一条重大情报，农历正月十五，日军要在邹县召开“皇军军M联欢大会”，日军有高级将领将参加。获此情报后，127师立即制定伏击计划，派出一部在曲阜郊外的小雪村设下埋伏，成功伏击了日军第10师团33旅旅团长田岛荣次郎，至其重伤，并击毙随行十数名随从，缴获军用地图、作战资料和军事文件等等。
第一阶段的战斗，已然是战况猛烈，气势悲壮，形势逼人了。滕县百姓为支援抗日，捐献物资，筹备军粮，传送情报，修掩体，挖壕沟，组织义勇军、救护队、担架队，他们还为依然穿着单衣的川军弟兄做军服棉衣，他们的爱国热情，鼓舞着川军将士，纷纷表示，要保家卫国，和小鬼子血战到底。
到了3月9日，日军向邹县兖州大量增兵，派出侦察机与谍报小分队对川军构建的阵地反复侦察，然后对滕县展开猛烈攻势，想凭借飞机大炮的武器装备及兵力优势一举拿下滕县，但都被川军顽强击退。
第22集团军司令孙震调整部署，将二线部队的第41军122师师部掉进滕县县城，命令122师师长王铭章为第41军前线总指挥，加强守备。王铭章字之钟，禀性正直，骁勇善战，接到任命后，他即刻命令364旅一部进驻滕县以北的北沙河，部署了第二道防线，366旅一部进驻滕县东北的平邑城，保护第45军右侧不受临沂方向日军第5师团的威胁。
3月14日拂晓，日军第10师团第33旅团濑谷支队在数十架飞机的掩护下向第45军主阵地界河全线发起强攻，经过一天的激战，第45军一线阵地岿然不动。15日，敌继续猛攻，依然未能寸进。在东边防守深井的第124师370旅遭遇敌人强大攻势，伤亡惨重。王铭章急调第124师372旅驰援，稳住了防线。又为了防止敌人偷袭滕县左侧，命令在北沙河的守军调出一个营的兵力，到滕县西北洪町、高庙布防。
战报显示，此时日军第10步兵联队长赤柴八重藏改变了战术，他们利用一部分兵力对守军正面阵地继续实施强攻，而主力部队向东迂回，绕过防守严密的北面，转而向防守薄弱的东面进攻。黄樵松分析，这应该是日军指挥官通过侦察机高空侦察手段获取了兵力部署的情报后做出的战术调整。
此时滕县已经兵力空虚，只有三个师部，一个旅部，每个师部只有一个警卫连，和都是非战斗部队的通信连卫生队，以及滕县县长周同率领的警察与保安队五百余人，第41军、第45军大部分的兵力都与敌胶着于各条战线，滕县形势危急。
值此关头，第122师师长王铭章急调防守北沙河的727团一个营回防滕县，又电令第266旅火速返回，并向集团军司令部求援，集团军司令孙震赶紧联系增援滕县的第20军团第85军军长王仲廉，请求其火速增援，然而王仲廉竟以需等待军团全部到齐才能整体行动为由，拒绝了孙震的请求。第20军团是中央军，令身为杂牌军的孙震无可奈何，只得从担任总部防卫任务的特务营里抽调了三个连，乘火车以最快的速度支援滕县。到了十五日深夜，第266旅除之前驻防前留下的一个营以外，其余部队均被敌人所阻。滕县所有战斗部队加上警察部队和保安团，合计共约三千余人，而真正的战斗部队不满两千人。
敌强我弱，可就在此时，王铭章接到孙震司令传达的国民党军事委员会委员长蒋介石的严令，命令要求王铭章死守滕县，等待汤恩伯第20军团赶来解围。接到命令后的王铭章下定血战到底的决心，战报上说他昭告全城官兵曰：吾已决心死守滕县，与将士们一道，城存与存，城亡与亡。且命令将南北城门堵死，东西城门留有通道，以一营驻守东关，一营负责东西城防，集团军特务营担负南北城防，他自己率师部驻守西关。当天夜里，所有人都在修筑工事，搬运弹药，巩固防线。
3月16日黎明，日军继续向第45军阵地猛攻，日军步兵第10联队第一大队已经抵达滕县城下，他们派第一野炮大队联合飞行中队对滕县县城进行两个小时的不间断轰炸，共投下各种炮弹达三千多枚。停止轰炸后，敌人并未立即发动进攻，而是调集重炮二十余门，对准东关南半段城墙猛轰，将城墙炸断十余米宽，然后集中轻重机枪火力对准豁口，疯狂射击，掩护步兵冲锋。停止射击后，一个小队的鬼子就冲了上来，守在城墙后的一连士兵向豁口密集投掷手榴弹，然后端起机枪扫射，随即全连挥舞着大刀向鬼子发起了迎面冲锋，双方展开肉搏战，终于将这波鬼子杀退。
这一天，敌人发起了三波攻势，都是被一连以手榴弹和大刀以近距离的肉搏战将敌人杀退，双方死伤都达一百余人，但是他们将突进城内的鬼子全部肃清，是夜，县城内无有残敌。
到了此时，王铭章已经决定，放弃县城外围阵地，将第41军所属部队全部收缩至城内进行集中兵力防守，城外所属部队在午夜撤回县城，他连夜召开军事会议，重新布置城防，命令部队深挖壕沟，修补工事，补充弹药，在城墙下隐蔽的部队，捆扎云梯，准备反击。
此时，日军第10师团第33旅团步兵第10联队击退第20军团第85军一个团的增援部队，完成了对滕县的包围，滕县守军与外界已经失去联系，但是城内有外国人的建筑，联队长赤柴八重藏为避免引起国际纠纷，投鼠忌器，迟迟不能展开全面的攻击。而川军的顽强抵抗让日军吃尽苦头，最终赤柴八重藏冒着可能引起国际纠纷的责任，决定对滕县展开全面进攻。
到了3月17日早晨，日军又一次集中优势炮火以及绝对制空权，对滕县南关进行狂轰乱炸，将南关城墙炸开一个缺口，五六百日军在十几辆坦克的掩护下扑向城内，第41军124师370旅的敢死队员们捆着手榴弹拼死炸毁两辆坦克，炸死炸伤几十名鬼子，可一个整连也死伤殆尽，第二营营长又命令一个连组织反攻，他们先是向鬼子连续投掷手榴弹，然后提着大刀扑向鬼子，又砍死了五十多名鬼子，到最后他们也只剩下了十几个人了。到了下午三点多钟，整个南城几乎被夷为平地，鬼子攻入南关，东关和西关也随即被攻破。
东关被攻破后，王铭章赶到城中心的交通路口，亲临指挥作战。日军占领西关城门楼后，便集中火力向城中心的十字路口疯狂扫射，王铭章欲将指挥所移至西关火车站，于是命令身边仅剩的特务排去夺回西城门，可整个排在冲锋中全部倒在日军的机枪口下。到了此时，王铭章已无兵可派，不得不西关城楼缒城后奔向火车站，在途中被日军察觉，开枪密集扫射，王铭章及122师参谋长赵渭宪、124师参谋长邹慕陶等一众随行人员全部为国捐躯，县长周同坠城而亡。
在日军的猛烈炮火轰击之下，东关城楼燃起大火，南关敌军也在向北收缩包围，剩下的守军已经弹尽援绝，只得退至北城墙角，第364旅旅长及城防司令也身负重伤，无人指挥，已然陷入各自为战的状态之中。到了晚上，剩余三百余名尚有战力的官兵在一名营长的指挥下，扒开被封堵死的北城门，突出重围。其余各自为战的小股部队，与敌军逐次展开巷战，最后全部战死。自王铭章以下，守城官兵共三千余人殉国。城破之后，城内所剩轻重伤员三百余人，或饮弹自尽，或拉响手榴弹自爆，或举刀与敌肉搏，无一降者，全部壮烈牺牲。最终于3月18日午时，整个滕县枪声渐消，滕县失守。
