保民而牺牲，原为天职，只有决心牺牲一切，才能完成任务，虽不剩一兵一卒，亦无怨尤，不如此无以对国家，更不足以赎川军二十年内战之罪愆。”最后，王将军亲自布置城防事宜，明确各部队的防守区域，具体作战任务，督促守城部队连夜构筑防御工事，并命令团预备队彻夜抢运弹药入城，储备足够的弹药，根据防御战的特点，要求每一名战斗兵必须储备一箱手榴弹。
一九三八年三月十四日，日军机械化部队在飞机、大炮、坦克火力的掩护下，猛扑我滕县外围北界河、北沙河、南沙河防线与我部展开激战，突破我正面防御，至十五日进抵膝县县城。
王将军临危不惧，抱着必与敌人拼一死活的决心，勉励部下不畏强敌。
全体将士团结一心，严阵以待，决心痛歼日军，以死报国。
一九三八年三月十六日拂晓，日军万余人在其优势火力的掩护下，向我膝县守军发起全面进攻。日军的飞机、大炮将膝县东关土寨的东南角轰开一个十二米宽的口子，大批日军步兵在数十挺轻、重机枪的掩护下发起了疯狂的冲锋，我部将士严阵以待，等敌人冲上塌口的瞬间，指挥员一声令下，数百枚手榴弹飞向塌口，炸得日军鬼哭狼嚎，血肉横飞。这一天，日军在其飞机、大炮人力支持下发起五次进攻，每次均被王铭章将军率领下的抗日军队用数百枚手榴弹炸得狼狈逃窜、遗尸遍地，冲过缺口的少数日军也被我部的大砍刀消灭。
十六日夜间，王铭章亲自视察阵地，重新调整兵力部署，放弃外围阵地，集中全部所属部队守卫城防，亲自嘉奖勉励慰问英勇作战的有功将士和伤员，并命令全军深沟高垒，注意防空隐蔽，待机出击。
十六日夜，日军三万余人从东、南、北三个方向将滕县团团包围。
十六日上午八时，日军在飞机、大炮及数十辆坦克的火力掩护下，向我东关阵地进攻。我守军冒着敌人的强烈炮火，在王师长指挥下誓死抵抗，在近距离内反复肉搏，双方损失惨重，日军有四、五十人冲上城角，王将军马上指示第七二七团组织反攻，我部一百五十人的敢死队在仅有的两挺机枪掩护下，用手榴弹、大刀将敌人全部消灭，一百五十个壮士仅十四人生还。
下午二时，日军在东关、南关再次发起猛烈进攻，我部鏖战多时，工事多被摧毁，士兵伤亡殆尽，手榴弹所剩无几，阵地终被日军突破，日军突人东关之后，王铭章屹立在县城中心十字街口亲自指挥逆袭，但这时我部大部伤亡，已无完整部队所用，西门也被日军夺得，王师长只好转移到西关火车站我第三七二旅继续指挥与敌拼搏。不幸行至电灯厂附近，与占领西关城楼的日军遭遇，王将军身中数弹、血流遍地，他挣扎着厉声对随从们说：“你们去吧，继续和敌人拼命，不要管我，我死在这里是很痛快的！中华民族万岁！”与他同时牺牲的还有第一二二师参谋长赵渭滨，第一二四师参谋长邹慕陶和滕县县长周同等人。
王将军率部坚守滕县四昼夜，阻滞了日军南犯徐州的诡计，使鲁南我大部队赢得了鲁南会战的充分准备时间，对围歼日军板垣、矾谷两个师团的台儿庄大捷，创造了有利的条件，第五战区司令长官李宗仁先生指出：“若无滕县之死守，焉有台儿庄之大捷？台儿庄之战果，实滕县先烈所造成也。”王将军及全体官兵为保卫祖国的领土，立下了不朽的功勋，显示了中国人民在反抗外来侵略中的英勇不屈的斗争精神。
王将军的灵柩一九三八年五月九日运抵武汉大智门火车站，武汉各界万人迎灵。
中共中央主席毛泽东和中央委员陈绍禹、秦邦宪、吴玉章、董必武联合撰写挽联一副：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。
以后王将军的灵枢运回成都，安葬于新都家乡的国葬墓园，前国民政府主席林森先生为墓园门额题了“壮节殊勋”四个大字。
成都各界人士还在少城公园铸竖了王将军的骑姿铜像一座，以悼念为国损躯的先烈。