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由於附近山石過於堅固，難以構築工事。熊順義、黃伯亮兩營的主陣地都推向光頭山北麓和山前深溝，趕緊作好側防設施，構築密集火力網。
當兩營構築陣地的時候，偵察兵回報，三山、九山一帶沒有發現敵蹤。
熊順義正在指揮部隊構築工事，突然有十幾個當地青年跑來報告，說有三千多個鬼子兵從濟寧方向沿著鄒騰公路，從正北面向池頭集大舉進攻。他們告訴說，前面的山前有一處深溝＇奇/書/網…整。理'…提=。供＇，是鬼子的必經之地，可以在溝邊埋伏，和山上的陣地一起上、下同時打擊日軍。
熊順義趕緊派人去看，果然是個好地方，立即派出輕機槍班前往埋伏。這些青年也主動要求一同戰鬥，熊順義就分給他們一些步槍和手榴彈。
這邊剛剛作好埋伏，日軍搜尋部隊就開過來了，大家一直等到日軍前進到陣地前四百米以內，正面、側面守軍機步槍一起開火。日軍趕緊後退，死傷不少。
打了一會兒，日軍大部隊趕來，又來衝鋒。山上、山下的官兵和當地青年，仍等待日軍靠近時再猛射，準備一鼓作氣打退日軍攻勢。
日軍趕緊用炮轟，大家都隱蔽不動，等日軍再次衝鋒時，才給予還擊。如此這般，打退了日軍四次進攻。日軍見久攻不下，便只好後撤。
日軍包抄川軍後路的計劃失敗後，於3月13日拂曉直接從正面發起總攻。
界河前線的普陽山、香城主陣地受到日軍第10師團主力的猛烈進攻。另有一支約三千人的步騎聯合支隊，向川軍右翼龍山陣地包抄。127師主陣地石牆，受到日軍106師主力攻擊。敵人來勢兇猛，川軍只好依託堅固陣地，奮勇抗拒。
一個小時後，王銘章詢問前線情況，陳離報告說，右翼戰鬥激烈，敵我雙方傷亡慘重。左翼370旅旅長呂康報告，來犯之敵被127師阻於石牆一線，370旅深井、常峪陣地平靜。
又過了一個小時，陳離來電話，敵增兵石牆，127師主力被包圍，請求支援。王銘章立即令呂康派援兵。
午後兩點鐘，124師代師長稅梯青電話，370旅正面陣地常峪與敵激戰，右翼深井陣地發現敵步騎混合部隊，在坦克掩護下向我進攻。該旅被正面敵人牽制住，不能分兵，請求增援。
王銘章急令駐池頭集的372旅曾蘇元支援。曾蘇元立即令副團長曹文彬（團長負傷）率團前往。
曹文彬以勇猛著稱，他率團快速趕到深井，乘敵不備，以集束手榴彈炸燬坦克，猛攻敵軍陣地，進行肉搏。呂康部也趁機反攻，合力將日軍一一擊退。
孫震獲悉日軍大舉進攻，東路龍山方向和中路普陽山、界河一線形勢緊張，要王銘章將駐守南沙河的一個營調往前線增援。王銘章隨即電話令122師代師長兼364旅長王志遠，讓他令該旅張宣武團長率727團兩個營立即由南沙河進至北沙河兩岸，佔領第二線陣地，部署防禦工事。
王銘章隨即同趙渭賓、王志遠等到城內124師、127師師部瞭解城防及前線戰況。
他們很快發現了一個非常危險的情況：滕縣城內雖然已經有兩個師部，卻基本上沒有戰鬥部隊，這裡的城防情形嚴重空虛。
首先，滕縣城一帶的地形很不利於川軍防守。金斗山以東及以北、喀嘍山及界河以南，特別是滕縣附近，為開闊平坦地帶，有利於日軍戰車活動，不利於川軍攻守。124師駐守北沙河陣地的372旅餘堅團被調走後，滕縣城更是隨時都有可能被部分日軍包抄、失陷。
王銘章趕緊命令王志遠立即率727團在南沙河的另一個營進駐滕縣。
就在當天上午，香城方向炮聲斷斷續續，從早上一直打到午後才完全停下來。
正率領部隊在界河陣地佈防的團長瞿聯丞電話告訴各營長，判斷日軍做威力偵察，即將大舉進攻，要各營做好戰鬥準備，不要大意。但是，日軍除了不斷派出飛機從界河陣地飛向滕縣和臨城一帶偵察、轟炸之外，並沒有大舉進攻界河。
實際上，就在香城東南邊和西南邊不遠的普陽山和龍山防線，3月13日激戰了一天。
龍山的45軍預備隊與日軍激戰了整整一天。日軍使用飛機、大炮和坦克，對龍山陣地進行了猛烈的轟炸和掃射，預備隊傷亡重大，被迫向南撤退。
45軍125師姚超倫團，也在普陽山被日軍包圍，被迫趁夜從日軍佔領的村落之間轉移到香城側面的黃山陣地。
下午六點，王銘章
