台儿庄守军第第3o师调入城内的两个团接替了部队阵地，伤亡也很严重。同样在城内坚守的新编十四师，尽管武器装备优于第2集团军，但是毕竟是新组建编成不久的部队，虽然有一些老兵作为骨干，但是大多数的兵员还是没有作战经验，在敌人的密集火力下，不知道如何有效的保护自己和杀伤敌人，所以，所受的损失也不小。幸好，由于刘建业命令工兵挖了不少时间的地道和防空洞，才使部队可以轮流到地道和防空洞里休息，恢复精力以后再次投入战斗，使得城内的战斗部队，几乎任何时候都能保持相对旺盛的体力和战斗意志。
敌人在反复冲击无效的情况下，利用毒气弹开路，在毒气的掩护下，向我军动进攻。在一阵阵黄绿色的烟雾过后，我军官兵许多人挣扎着倒在地上，身上暴露部位的皮肤开始溃烂，流出黄水，丧失了战斗能力。面对这种情况，刘建业也是无能为力，谁叫自己的祖国没有化学战报复能力呢？结果只能是被敌人肆无忌惮的使用这些国际法严格禁止使用的杀人利器。看到自己的部下，一个个无助得倒下，刘建业只能忍痛下令，收缩兵力，放弃部分阵地，以避免无谓的伤亡，等到晚上再来收拾这些穷凶极恶的鬼子。
时至下午时分，台儿庄城西北门、北门、东门、东南门均已陷于敌手，日军占领四分之三的台儿庄地盘。守军31师仍据守城内一隅，拼死坚守，并组成大刀队夜袭敌人，予敌以很大杀伤。敌军连续动了七八次总攻，并且使用燃烧弹，妄图摧毁城内所有房屋和军民，将台儿庄夷为平地。城内各守备队利用地形和断墙残壁，筑起第三道阵地工事，挨街逐巷与敌人周旋搏斗，并组织起2oo余人的奋勇队，偷袭敌人据点，连连突破敌人阵地。守军虽然英勇奋战，但伤亡太大，实力愈来愈不支。此时的日军，显然觉得对于他们来说，攻占台儿庄的任务即将完成，当面的中国守军已经无法对他们的进攻进行有效的抵抗了。显得迫不及待的他们，对着进行电话采访的日本共同社记者宣布，台儿庄已经被百战百胜的大日本皇军占领，背后的皇军士兵正在高呼“天皇万岁”。日本电台立刻对这个消息进行了大肆吹嘘。广播里，日本的播音员用足以震断钢丝的高亢语调，宣称日本军队已经在台儿庄取得了决定性的胜利，占领了整个台儿庄，中国守军的抵抗已经被彻底粉碎，面向中国东部重镇徐州的进军道路，已经向皇军敞开了，在皇军的进攻下，徐州指日可下。