入微山湖裡淹死，只有兩個水性極好的戰士僥倖潛水到夏鎮脫險。
王銘章聽魯江平報告周同陣亡訊息，很是悲痛，更決心以死殉城。
他率眾走出北門指揮部後，並沒有就近出城，而是督率身邊衛隊，向南跑到城中心的十字街口，面對東門和南門方向，依託街道兩側沙袋，指揮作戰。
其間，王銘章多次要趙渭賓和鄒紹孟幾位高階將領和參謀人員出城，眾人堅決要和王銘章同生共死，王銘章咬咬牙，決心待部隊基本突圍之後，儘量率身邊的人突圍。
下午五點左右，日軍佔領西城牆和西門後，從西、南城樓集中火力向城中心十字街口射擊，王銘章一群人陷入交叉火力夾攻之下。
王銘章環視左右，雖然仍有槍炮聲，但已經看不見什麼自己人了，估計大多數人已經突圍而出，就帶著122師、124師兩個司令部的隨行人員，在僅有的一個手槍排火力保衛下，向西北城角缺口衝去。
這時，西門城樓日軍槍炮猛射，大家一邊反擊，一邊縋城出去。其間，少校參謀謝大墉在城牆口被日軍從遠處城牆上打過來的平射炮擊中頭部，副官長羅辛甲槍傷墜城身亡，和他們隨行的魯江平也中彈墜城。
王銘章等在警衛排的拼死掩護下，艱難越過了城牆和城外壕溝。一行人行至西關電燈廠附近一開闊地帶時，被西門城樓上增援來的日軍發現，密集火力射擊。
大家轉身察看目標時，趙渭賓被彈穿腹部，倒地掙扎。他的衛士陳洪恩趕緊上去攙扶，趙渭賓說：“不行了，別管我，快帶上我的手槍，保護王師長突圍。回去後，把槍給鐵松，讓他好好學……”說著就嚥氣了。
王銘章聞聲轉過身來，剛邁出一步，自己也身中數彈，腹部血流如注。衛士副官李紹坤見狀，急忙跟上攙扶。
王銘章指了指口袋，掙扎著說了句“電報，死守……突圍……”就停止了說話。
李紹坤趕緊取出雲南白藥，已經灌不進口。不一會兒，王銘章的身手逐漸發涼。
李紹坤按王銘章臨終指示去摸他的衣服口袋，掏出一枚水晶印章，和那份沒有發出去的電報稿紙，電報紙上已經染上了鮮血。
與王銘章、趙渭賓同時殉難的，還有124師參謀長鄒紹孟、政治部主任繆嘉文、副官長傅哲明等人。
當時的隨行人員和護衛人員中，僅王銘章的侍衛副官李紹坤和趙渭賓的衛士陳洪恩兩人倖免於死。
兩人把王銘章和趙渭賓等的遺體輕輕移到壕溝邊，就近揀了幾塊木板蓋住，灑淚離開，輾轉到徐州，向孫震彙報滕縣噩耗，將電報稿交給他。
孫震看著印章和電報，失聲痛哭，隨命兩人帶幾個戰士潛返滕縣，尋找王銘章遺體。幾經周折，終於在當地老百姓和紅十字會的大力幫助下找到了，並設法運出敵佔區，送到徐州。
趙渭賓、鄒紹孟等的遺體，也同時被找到。因當時處於日佔區，沒法都運出來，便只好當即就地安埋。
由於很多當地民眾主動幫助372旅放哨、修工事、救護傷員，還有不少義勇隊員主動參加戰鬥，日軍對西關車站陣地的幾次進攻都沒能得逞。
17日晚上六點多，日軍用坦克掩護步兵從鐵橋下穿過，企圖再次攻佔西關車站。熊順義、黃伯亮兩營殘餘官兵頑強出擊。兩個營長甚至都親自抱著集束手榴彈去炸坦克。日軍兵力有限，見難以攻克，就轉向南邊的墓地一帶佈置陣地，截斷突圍退路。
九點多，駐守西關車站掩護城內突圍的372旅旅長曾蘇元，見從城裡出來的官兵越來越少，以至於很久才能等幾個人，便決定開始撤退，安排熊順義營負責斷後。該營以車站和鐵道線進行掩護。
掩護部隊的主力撤走後，日軍趁機滲入西關車站以西的街市，熊營才開始撤離。熊營在路過西關西南的一大片麥田和零星墳墓時，也遭遇日軍的機槍射擊。
走在掩護部隊最後面的是武景文連，他們撤離時已近半夜。由於日軍阻擊，截斷了與營部的聯絡，於是沿津浦路西側南下。18日，該連剩餘十多人抵達臨城附近的夏鎮渡口，與先前突圍而來的王哲賢等會合。在等渡船時一同遭到日軍包圍，被逼入微山湖，包括武景文在內的二百多名官兵，全部壯烈犧牲。
17日晚和18日白天，城內未逃出城的零散官兵數百人，不願作俘虜的將士，紛紛用手榴彈與日軍同歸於盡。直到18日中午，派往滕縣上空偵察的中國空軍，還觀察到城內外仍有零星戰鬥。
18日下午，少數被俘虜的官兵和傷員