在此之前，黃樵鬆打心眼裡壓根瞧不上川軍，同爲雜牌軍，黃樵鬆從來認爲真正的軍人，應該是紀律嚴明，吃苦耐勞，敢打敢拼，戰鬥力驍勇彪悍。可在他的印象中，川軍這些沒一樣能沾上邊，他們一手拿步槍，一手拎着煙槍，故而被稱爲雙槍兵。他們從1937年8月出川以來，一直沒有什麼建樹，且因裝備差，戰鬥力弱，紀律鬆懈而被各大Z區長官們輕視乃至嫌棄，都不願收容。聽說這個情況被JS委員會副總參謀長白崇禧獲知，就打電話詢問第五Z區司令長官李宗仁，李長官正爲手頭無兵可用而憂心忡忡，他聞後道：諸葛亮扎草人做疑兵，他們（川軍）總比草人有用些吧。
於是第22集團軍奉命調往第五Z區，與1938年1月5日抵達徐州，聽說當時他們還是穿着出川時的單衣短褲，有的赤足草履，所持都是老式漢陽造、大刀和手榴彈，還有爲數很少的仿製的輕重機槍，迫擊炮等陳舊裝備。在此之前，川軍參加太原會戰，前後作戰四十多天，損失過半，到達滕縣的時候總兵力不到兩萬人。李宗仁給他們補充了部分裝備後，於1月12日奉命開赴滕縣駐防，準備阻擊日軍南下，打破其與敵第13師團夾擊徐州的目的。第22集團軍將指揮部設在臨縣，第45軍沿界河構建前沿陣地修築工事，第41軍作爲二線部隊協防。
就在大家爲李長官的抉擇感到擔憂時，接下來川軍在面對日軍表現出來的悍勇和爆烈，讓所有人都大跌眼鏡。
1月中下旬，第45軍趁着雪夜，兩次襲擊鄒縣以南的兩下店，這裡距徐州一百二十公里，再往南就是微山湖畔的滕縣。襲擊的目的是爲了進攻鄒縣做準備。兩次夜襲雖然有所殺傷，但都未達到戰術目的。2月16日拂曉，第45軍125師組織四個營的兵力，再次突襲兩下店，主攻左翼的兩個營敢死隊隊員們反穿棉衣，與雪地混成一色，飽餐過後，進發葛山，攻擊部隊從左右兩翼發動襲擊，他們冒着飛舞的彈片，快速穿過兩三百米的開闊地，在經受了重大傷亡的情況下，和右翼的助攻部隊攜手攻入鎮內，兩邊頓時陷入了巷戰。
日軍核心陣地周圍佈滿了工事和鐵絲網，四周的房屋被推到，沒有掩體和火力四角，他們從工事裡和屋頂上，用輕重武器編織了一張風雨不透的強大火力網，阻擋了沒有火炮和輕重機槍掩護的川軍，敢死隊只帶着大刀和手榴彈，他們一波一波的發起衝鋒，前赴後繼，最後傷亡殆盡。剩下的被壓制在兩間民房裡，兩邊形成對峙局面。到了下午，日軍增援部隊趕到，他們包圍了川軍士兵，此時大勢已去，團長譚上蛟下令突圍，他們衝開一條血路，乘夜殺出重圍。此次突襲戰生還者僅僅二百餘人，其他一千餘人全部陣亡了。
第22集團軍其餘部隊都各自展開了游擊戰。2月13日，第45軍127師的諜報人員偵獲一條重大情報，農曆正月十五，日軍要在鄒縣召開“皇軍軍M聯歡大會”，日軍有高級將領將參加。獲此情報後，127師立即制定伏擊計劃，派出一部在曲阜郊外的小雪村設下埋伏，成功伏擊了日軍第10師團33旅旅團長田島榮次郎，至其重傷，並擊斃隨行十數名隨從，繳獲軍用地圖、作戰資料和軍事文件等等。
第一階段的戰鬥，已然是戰況猛烈，氣勢悲壯，形勢逼人了。滕縣百姓爲支援抗日，捐獻物資，籌備軍糧，傳送情報，修掩體，挖壕溝，組織義勇軍、救護隊、擔架隊，他們還爲依然穿着單衣的川軍弟兄做軍服棉衣，他們的愛國熱情，鼓舞着川軍將士，紛紛表示，要保家衛國，和小鬼子血戰到底。
到了3月9日，日軍向鄒縣兗州大量增兵，派出偵察機與諜報小分隊對川軍構建的陣地反覆偵察，然後對滕縣展開猛烈攻勢，想憑藉飛機大炮的武器裝備及兵力優勢一舉拿下滕縣，但都被川軍頑強擊退。
第22集團軍司令孫震調整部署，將二線部隊的第41軍122師師部掉進滕縣縣城，命令122師師長王銘章爲第41軍前線總指揮，加強守備。王銘章字之鐘，稟性正直，驍勇善戰，接到任命後，他即刻命令364旅一部進駐滕縣以北的北沙河，部署了第二道防線，366旅一部進駐滕縣東北的平邑城，保護第45軍右側不受臨沂方向日軍第5師團的威脅。
3月14日拂曉，日軍第10師團第33旅團瀨谷支隊在數十架飛機的掩護下向第45軍主陣地界河全線發起強攻，經過一天的激戰，第45軍一線陣地巋然不動。15日，敵繼續猛攻，依然未能寸進。在東邊防守深井的第124師370旅遭遇敵人強大攻勢，傷亡慘重。王銘章急調第124師372旅馳援，穩住了防線。又爲了防止敵人偷襲滕縣左側，命令在北沙河的守軍調出一個營的兵力，到滕縣西北洪町、高廟佈防。
戰報顯示，此時日軍第10步兵聯隊長赤柴八重藏改變了戰術，他們利用一部分兵力對守軍正面陣地繼續實施強攻，而主力部隊向東迂迴，繞過防守嚴密的北面，轉而向防守薄弱的東面進攻。黃樵鬆分析，這應該是日軍指揮官通過偵察機高空偵察手段獲取了兵力部署的情報後做出的戰術調整。
此時滕縣已經兵力空虛，只有三個師部，一個旅部，每個師部只有一個警衛連，和都是非戰鬥部隊的通信連衛生隊，以及滕縣縣長周同率領的警察與保安隊五百餘人，第41軍、第45軍大部分的兵力都與敵膠着於各條戰線，滕縣形勢危急。
值此關頭，第122師師長王銘章急調防守北沙河的727團一個營回防滕縣，又電令第266旅火速返回，並向集團軍司令部求援，集團軍司令孫震趕緊聯繫增援滕縣的第20軍團第85軍軍長王仲廉，請求其火速增援，然而王仲廉竟以需等待軍團全部到齊才能整體行動爲由，拒絕了孫震的請求。第20軍團是中央軍，令身爲雜牌軍的孫震無可奈何，只得從擔任總部防衛任務的特務營裡抽調了三個連，乘火車以最快的速度支援滕縣。到了十五日深夜，第266旅除之前駐防前留下的一個營以外，其餘部隊均被敵人所阻。滕縣所有戰鬥部隊加上警察部隊和保安團，合計共約三千餘人，而真正的戰鬥部隊不滿兩千人。
敵強我弱，可就在此時，王銘章接到孫震司令傳達的國民黨軍事委員會委員長蔣介石的嚴令，命令要求王銘章死守滕縣，等待湯恩伯第20軍團趕來解圍。接到命令後的王銘章下定血戰到底的決心，戰報上說他昭告全城官兵曰：吾已決心死守滕縣，與將士們一道，城存與存，城亡與亡。且命令將南北城門堵死，東西城門留有通道，以一營駐守東關，一營負責東西城防，集團軍特務營擔負南北城防，他自己率師部駐守西關。當天夜裡，所有人都在修築工事，搬運彈藥，鞏固防線。
3月16日黎明，日軍繼續向第45軍陣地猛攻，日軍步兵第10聯隊第一大隊已經抵達滕縣城下，他們派第一野炮大隊聯合飛行中隊對滕縣縣城進行兩個小時的不間斷轟炸，共投下各種炮彈達三千多枚。停止轟炸後，敵人並未立即發動進攻，而是調集重炮二十餘門，對準東關南半段城牆猛轟，將城牆炸斷十餘米寬，然後集中輕重機槍火力對準豁口，瘋狂射擊，掩護步兵衝鋒。停止射擊後，一個小隊的鬼子就衝了上來，守在城牆後的一連士兵向豁口密集投擲手榴彈，然後端起機槍掃射，隨即全連揮舞着大刀向鬼子發起了迎面衝鋒，雙方展開肉搏戰，終於將這波鬼子殺退。
這一天，敵人發起了三波攻勢，都是被一連以手榴彈和大刀以近距離的肉搏戰將敵人殺退，雙方死傷都達一百餘人，但是他們將突進城內的鬼子全部肅清，是夜，縣城內無有殘敵。
到了此時，王銘章已經決定，放棄縣城外圍陣地，將第41軍所屬部隊全部收縮至城內進行集中兵力防守，城外所屬部隊在午夜撤回縣城，他連夜召開軍事會議，重新佈置城防，命令部隊深挖壕溝，修補工事，補充彈藥，在城牆下隱蔽的部隊，捆紮雲梯，準備反擊。
此時，日軍第10師團第33旅團步兵第10聯隊擊退第20軍團第85軍一個團的增援部隊，完成了對滕縣的包圍，滕縣守軍與外界已經失去聯繫，但是城內有外國人的建築，聯隊長赤柴八重藏爲避免引起國際糾紛，投鼠忌器，遲遲不能展開全面的攻擊。而川軍的頑強抵抗讓日軍吃盡苦頭，最終赤柴八重藏冒着可能引起國際糾紛的責任，決定對滕縣展開全面進攻。
到了3月17日早晨，日軍又一次集中優勢炮火以及絕對制空權，對滕縣南關進行狂轟亂炸，將南關城牆炸開一個缺口，五六百日軍在十幾輛坦克的掩護下撲向城內，第41軍124師370旅的敢死隊員們捆着手榴彈拼死炸燬兩輛坦克，炸死炸傷幾十名鬼子，可一個整連也死傷殆盡，第二營營長又命令一個連組織反攻，他們先是向鬼子連續投擲手榴彈，然後提着大刀撲向鬼子，又砍死了五十多名鬼子，到最後他們也只剩下了十幾個人了。到了下午三點多鐘，整個南城幾乎被夷爲平地，鬼子攻入南關，東關和西關也隨即被攻破。
東關被攻破後，王銘章趕到城中心的交通路口，親臨指揮作戰。日軍佔領西關城門樓後，便集中火力向城中心的十字路口瘋狂掃射，王銘章欲將指揮所移至西關火車站，於是命令身邊僅剩的特務排去奪回西城門，可整個排在衝鋒中全部倒在日軍的機槍口下。到了此時，王銘章已無兵可派，不得不西關城樓縋城後奔向火車站，在途中被日軍察覺，開槍密集掃射，王銘章及122師參謀長趙渭憲、124師參謀長鄒慕陶等一衆隨行人員全部爲國捐軀，縣長周同墜城而亡。
在日軍的猛烈炮火轟擊之下，東關城樓燃起大火，南關敵軍也在向北收縮包圍，剩下的守軍已經彈盡援絕，只得退至北城牆角，第364旅旅長及城防司令也身負重傷，無人指揮，已然陷入各自爲戰的狀態之中。到了晚上，剩餘三百餘名尚有戰力的官兵在一名營長的指揮下，扒開被封堵死的北城門，突出重圍。其餘各自爲戰的小股部隊，與敵軍逐次展開巷戰，最後全部戰死。自王銘章以下，守城官兵共三千餘人殉國。城破之後，城內所剩輕重傷員三百餘人，或飲彈自盡，或拉響手榴彈自爆，或舉刀與敵肉搏，無一降者，全部壯烈犧牲。最終於3月18日午時，整個滕縣槍聲漸消，滕縣失守。