此时，城墙上的敌人居高临下，王铭章的行动被他们看得清清楚楚。当王铭章率众人行至西关电灯厂附近时，敌人的机关枪密密麻麻射向了他们，王铭章中弹了，他知道自己不行了，“你们快同敌人拼去，杀敌！杀敌！不要管我，我死在这里痛快……”，他用急促的声音挣扎着对部下说完，便倒了下去。
王铭章牺牲后，战斗还在继续。尽管敌人大部队已冲入城中，将士们仍然继续拼杀；东门的守军一直坚持到黄昏，东北、西北两个城角和北面城墙天黑后仍在守军手中。北城墙的守军二三百人趁夜色突围出城，撤到后方，城内未能撤出的三四百人一直与敌对抗，逐街逐巷逐屋肉搏，重伤员则以手榴弹互炸殉城，宁死不落敌手，战斗一直坚持到18日中午。滕县守卫战中，王铭章部以付出伤亡四五千人的代价，抵挡了日军的精锐之师数万人达三天半之久。从而为后续部队赢得了时间，使敌人攻取徐州的计划归于失败。正如第五战区司令长官李宗仁所说：“若无滕县之苦守，焉有台儿庄之大捷，是台儿庄之战果，实滕县先烈造成之也。”就连日军中的记者也说：“1938年3月初，我军攻占济南后，组织濑谷混成支队，以步兵两联队配合相当数量的炮兵、坦克、飞机，继续南进，在泰安、兖州等处，均未遇到抵抗，但到滕县后，遇到四十一军之一二二师顽强抵抗三天，我军遭受很大损伤。”
王铭章以生命表现出我们民族高尚的气节，唤起了更多人抗日的决心。1938年5月9日，王铭章将军的灵柩抵达武汉时，万人空巷，在车站迎灵，在灵柩运回他的家乡四川新都的途中，群众的路祭络绎不绝，就连英、法在长江的船舶都鸣礼炮、下半旗致哀。郭沫若在1938年5月9日发表的广播悼词中赞颂道：‘王师长是我们炎黄的优秀子孙，是保国卫民的英勇战士，是中国的模范军人，他的死为国家、为民族、为全中国人民，他的勋名将永垂史册，他的精神将永远不死！‘*和中共中央其他领导人陈绍禹、秦邦宪、吴玉章、董必武联名写下一副挽联：
奋占守孤城，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。
蒋介石在战役结束后的3月30日给第五战区司令长官李宗仁回复电报：‘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，并将生平事绩宣付史馆，以资矜惜，而慰忠勇！‘前国民政府主席林森为王铭章墓园门额题写了“壮节殊勋”四个大字！
1984年9月，中华人民共和国民政部正式追认王铭章为革命烈士。
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