16日8时，濑谷支队留一部兵力继续进攻北沙河，主力迂回向滕县发起进攻。

先对东关进行了约2小时的炮火准备，然后集中火力将东关外围土围墙轰开一个缺口，在猛烈机枪火力掩护下，以约2个小队的步兵向缺口处冲击。

守军以密集的手榴弹火力封锁了缺口，并将敌击退。

10时至16时，日军对东关连续发起了5次冲击，均被守军击退。

但守军伤亡太多，曾3次从城中调预备队补充。

日军经整顿后，于17时许又组织第6次冲击，突击部队改以三梯队实施波浪式冲击，同时还延伸火力向东门及城内实施拦阻射击，以阻止城内部队增援。

经激烈肉搏，至黄昏时，日军突击部队第三波冲入东关，兵力约1个小队。

当夜，守军再由城内增调1个连组织反冲击，将突入之敌大部歼灭，收复了东关。

24时左右，防守深井、池头集的第370旅、第372旅残部及防守北沙河、洪町的第727团2个营先后由西门退入城中。

此时滕县城北第45军各部均已在阵地被突破后分向微山湖及峄县等地溃退。

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汤恩伯的援兵迟迟未到

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台儿庄战役后，日军先后集中24万兵力，南北对进，夹击战略要地徐州。

图为沿津浦路北进之日军。

考虑到第22集团军在滕县所面临的守备任务艰巨、兵力不足的局面，早在14日日军开始进攻时，李宗仁曾致电蒋介石，请派军事委员会直接控制于豫东的汤恩伯第20军团第85军第4师增援津浦路。

经同意后即电告汤恩伯：&ldo;敌于津浦北正面增加兵力，大举反攻，以牵制我鲁南之作战，邓部（指第22集团军）兵少械劣，正面薄弱，两翼空虚，恐难拒敌，已电呈委座调贵军团85军驻商丘之一整师（指第4师），由火车输送至滕县附近，作第22集团军之总预备队。

&rdo;汤恩伯一方面向蒋介石去电：&ldo;恳明定本军归辖系统，以明职责&rdo;；一方面电复李宗仁：&ldo;恳将本军团全部调津浦北段出击，避免分割零碎使用，以益战局而杜分散，或作无代价之消耗。

&rdo;实际上不肯令所部转隶别人指挥。

当夜21时，汤恩伯接蒋介石来电，令其&ldo;85军即晚准备由商丘乘车经徐州向临城输送，务于17日拂晓前到达临戒集结完毕&rdo;的命令，蒋介石同意第52军也随后东调，虽然隶属于第5战区，但全军团仍待汤&ldo;到徐州指挥&rdo;。

汤这才复电李宗仁，应允令第4师出发。

15日11时，李宗仁又电告汤恩伯：&ldo;铁道正面敌已突破界河阵地，进入二十里铺附近&rdo;，速令第4师&ldo;先头一部开往滕县附近，增加第22集团军正面之抗战&rdo;，同时要求第85军&ldo;主力集结临城东北地区待机出击&rdo;。

16日，当滕县以北第45军阵地相继失守、第41军第122师已被围困于滕县城中、前线形势已极恶化时，第5战区还在计划将进攻的日军消灭于滕县北。

当日16时下达作战命令主要内容为：&ldo;（1）敌为牵制我鲁南之攻击，现集中济南以南之兵力，由铁路正面向我第22集团军猛攻中。