戰至第二天，第二十軍團所部第八十九師二六七旅抵達臨城，爲了保證臨城的安全，湯恩伯急令二六七旅搶佔官橋，並前伸至南沙河地區，此時日軍步兵第六十三聯隊聯隊長福榮真平大佐除以第二大隊與第四師在龍山、虎山地區作戰外，其主力在擊退了八十九師的先頭部隊並奪取南沙河後繼續南下，在官橋遭到了二六七旅五三三團的頑強阻擊。在龍山、虎山地區，第四師在主力抵達之後在龍山、虎山、落鳳山一線與日軍展開拉鋸戰。
當黨山、龍山兩處陣地爲日軍突破時，第十旅旅長倪祖耀親自上陣指揮反擊，不惜傷亡終於將龍山陣地奪回，在這一天的激戰中，第八十五軍各部雖然暫時阻止了日軍步兵第六十三聯隊繼續南下，但是卻因爲突然發生的戰鬥而未能趕赴滕縣。
然而，日軍第十聯隊突入滕縣，守軍指揮官王銘章中將殉國，隨後第十聯隊主力繼續南下，在與第六十三聯隊主力會合後集中兵力攻擊官橋，官橋守軍奮力阻擊，終因勢單力薄而放棄官橋，守軍第八十九師傷亡慘重。
日軍在攻佔官橋後又迅速向臨城突進。此時正值八十九師二六五旅所部五三零團在臨城下車，該團尚未集結完畢即遭日軍先頭部隊攻擊，團長譚乃大立即命令所屬第二營阻擊日軍，以第一營掩護第三營下車。
然而以一營之力難抵日軍機械化部隊的衝擊，第二營營長嚴以重少校又在指揮作戰時陣亡。戰至下午時分臨城失守。日軍侵佔臨城後又衝入了五三零團的集結地，使該團一度陷入混戰，隨後第八十九師各部皆以必死之志投入多次反擊，無奈日軍瀨谷支隊乃是日軍中少有的機械化聯隊的特殊編制，第八十九師苦戰無果，最終奉命放棄臨城，並在師長張雪中的率領下，退往傅山、石崗地區待命。
這就是高飛所知道的滕縣保衛戰的全部，可以說湯恩伯的第二十軍團第八十五軍所部的第八十九師被以團、營的建制分割使用投入了對日軍的作戰之中，要知道進攻滕縣的日軍主力瀨谷支隊，其以步兵第三十三旅團爲主力，加強獨立機關槍第十大隊，獨立輕裝甲車第十、第十二中隊，野戰並第十聯隊所部六個野炮中隊，野戰重炮兵第一旅團第二聯隊所部兩個重炮大隊，中國駐屯野炮兵第三隊，所部裝備了一百五十毫米重型榴彈炮，加強臨時野炮中隊，工兵中隊，自動車中隊，華北方面軍陸軍航空兵第二十七攻擊機中隊，總戰鬥兵員達一萬四千餘人！如果算上朝鮮大行李隊，瀨谷支隊的總兵力超過一萬五千五百餘人。
湯恩伯所部第八十九師損失兵力達五千餘人，七成基層軍官戰死於混戰之中，從頭到尾這支精銳部隊都沒能發揮出應有的戰鬥力，師長張雪中破口大罵第五戰區司令長官部，無人敢應？