战至第二天，第二十军团所部第八十九师二六七旅抵达临城，为了保证临城的安全，汤恩伯急令二六七旅抢占官桥，并前伸至南沙河地区，此时日军步兵第六十三联队联队长福荣真平大佐除以第二大队与第四师在龙山、虎山地区作战外，其主力在击退了八十九师的先头部队并夺取南沙河后继续南下，在官桥遭到了二六七旅五三三团的顽强阻击。在龙山、虎山地区，第四师在主力抵达之后在龙山、虎山、落凤山一线与日军展开拉锯战。
当党山、龙山两处阵地为日军突破时，第十旅旅长倪祖耀亲自上阵指挥反击，不惜伤亡终于将龙山阵地夺回，在这一天的激战中，第八十五军各部虽然暂时阻止了日军步兵第六十三联队继续南下，但是却因为突然发生的战斗而未能赶赴滕县。
然而，日军第十联队突入滕县，守军指挥官王铭章中将殉国，随后第十联队主力继续南下，在与第六十三联队主力会合后集中兵力攻击官桥，官桥守军奋力阻击，终因势单力薄而放弃官桥，守军第八十九师伤亡惨重。
日军在攻占官桥后又迅速向临城突进。此时正值八十九师二六五旅所部五三零团在临城下车，该团尚未集结完毕即遭日军先头部队攻击，团长谭乃大立即命令所属第二营阻击日军，以第一营掩护第三营下车。
然而以一营之力难抵日军机械化部队的冲击，第二营营长严以重少校又在指挥作战时阵亡。战至下午时分临城失守。日军侵占临城后又冲入了五三零团的集结地，使该团一度陷入混战，随后第八十九师各部皆以必死之志投入多次反击，无奈日军濑谷支队乃是日军中少有的机械化联队的特殊编制，第八十九师苦战无果，最终奉命放弃临城，并在师长张雪中的率领下，退往傅山、石岗地区待命。
这就是高飞所知道的滕县保卫战的全部，可以说汤恩伯的第二十军团第八十五军所部的第八十九师被以团、营的建制分割使用投入了对日军的作战之中，要知道进攻滕县的日军主力濑谷支队，其以步兵第三十三旅团为主力，加强独立机关枪第十大队，独立轻装甲车第十、第十二中队，野战并第十联队所部六个野炮中队，野战重炮兵第一旅团第二联队所部两个重炮大队，中国驻屯野炮兵第三队，所部装备了一百五十毫米重型榴弹炮，加强临时野炮中队，工兵中队，自动车中队，华北方面军陆军航空兵第二十七攻击机中队，总战斗兵员达一万四千余人！如果算上朝鲜大行李队，濑谷支队的总兵力超过一万五千五百余人。
汤恩伯所部第八十九师损失兵力达五千余人，七成基层军官战死于混战之中，从头到尾这支精锐部队都没能发挥出应有的战斗力，师长张雪中破口大骂第五战区司令长官部，无人敢应？