支前幹部吳相林帶領著一支運糧隊，晝夜兼程地走在山東腹地崎嶇的山路上。走了好幾天，他們進入一個村子，村裡的景象讓運糧的農民們瞪大了眼睛：村莊裡的房屋全被拆了，院子和院子之間的圍牆已被推平，所有的樹也全都被砍了，房屋被燒得只剩下殘破的牆壁。到處是雞毛，豬圈裡全是血，豬頭和雞爪子扔在路邊。全村空無一人，能夠喘氣的東西，就剩下一條狗了。
不一會兒，村後的山上下來個大娘，見到他們就哭起來。大娘說，中央軍在這個村子裡住了七天，可把全村禍害苦了。六十多歲的她跑得慢，被中央軍捉了，讓她帶路去刨窖找糧食，她剛說不知道，一腳就踢在了她腰上，她趴了一天也站不起來。中央軍捉來個小伙子，先是打，叫他說出民兵活動的地方，小伙子始終不說，他們就從村裡找來舊棉花套裹在他身上，點著火又不叫起火苗，用陰火燒著，小伙子慘叫了半個多鐘頭，就再也叫不出來了，三四個鐘頭後活活地疼死了……大娘正說著，一支擔架隊抬著傷員下來了，民工們沖吳相林喊：“前邊圍了老蔣好幾萬，你們還在這歇著？”
運糧隊的農民們眼淚汪汪地推起小車繼續趕路。他們從家鄉出發的時候，每個人都把小車裝得滿滿的，最多的裝了三百多斤糧食，小推車被壓得吱扭扭地響。一路爬山過河，他們已經疲憊不堪，肚子也餓得厲害。前邊大炮又轟隆隆地響起來，農民們對吳相林說：“哥！咱接著走吧，上去幫著咱部隊打那些狗日的去！”
一九四七年春天，萊蕪戰役之後，山東戰場態勢複雜，在解放區腹地進行的戰爭進入了萬分殘酷的絞殺狀態。
內戰爆發以來，國民黨軍侵佔了山東解放區的大片土地，尤其是山東解放區首府臨沂的丟失，以及山東境內主要交通線和重要城鎮為國民黨軍所控制，迫使共產黨人的生存區域逐漸向山東東北部壓縮。但是，國民黨軍在不斷發起的進攻中已損失了二十四個旅的兵力，加上地方武裝，國民黨軍在山東戰場的兵力損失已達三十萬。而華中軍區部隊卻增長了百分之十二，包括地方武裝在內，兵力總人數達到了五十七萬之眾，成為當時共產黨領導的軍隊中最為龐大的一個軍事集團。儘管山東解放區政府大力推廣土地改革，構建起一個較為完整的生產和供應體系，但是，如此龐大的軍事集團和巨大的戰爭消耗令解放區內的負擔能力達到了極限。一九四七年春天，原華中野戰軍、華中解放區政府工作人員以及他們的家屬，全部轉移到了山東，加上原山東野戰軍、山東解放區政府工作人員以及他們的家屬，還有在宿北、魯南、萊蕪三個戰役中被俘的近十萬國民黨軍官兵，一下子使山東解放區必須供養的人數超過了當時全國範圍內的任何一個解放區。每一場戰役的消耗也是驚人的，魯南戰役和萊蕪戰役的參戰人數達到幾十萬，除去彈藥、戰地物資、救護物資等消耗，僅官兵每天需要的糧食就在五十萬公斤以上。
山東共產黨人的生存形勢十分嚴峻。
一九四七年春，蔣介石重點進攻的目標除了延安，就是山東——“匪軍的主力集中在山東，同時山東地當要衝，交通便利，有海口運輸，我們如能消滅山東的主力，則其他戰場的匪部就容易肅清了。”為執行蔣介石的重點進攻戰略，三月，國防部撤銷了徐州綏靖公署和鄭州綏靖公署，在徐州組成了陸軍總司令部徐州指揮部，由陸軍總司令顧祝同統一指揮原徐州和鄭州兩個綏靖公署所屬的所有部隊，並將在冀魯豫戰場上的整編第二十七軍和駐紮在武漢的整編第九師調往山東。
此時的山東戰場上，集結著國民黨軍“五大主力”中的“三大主力”，即張靈甫的整編七十四師、胡璉的整編十一師以及邱清泉的第五軍。以“三大主力”為骨幹，國民黨軍編成了三個機動兵團：第一兵團司令官湯恩伯，指揮整編二十五、二十八、五十七、六十五、七十四、八十三師；第二兵團司令官王敬九，指揮第五軍以及整編七十二、七十五、八十五師；第三兵團司令官歐震，指揮第七軍以及整編十一、二十、四十八、六十四、八十四師。再加上原來駐紮在山東的以王耀武為司令官的第二綏靖區和以馮治安為司令官的第三綏靖區的部隊，國民黨軍的總兵力已達到二十四個整編師（軍）六十個旅，共計四十五萬人。
蔣介石的作戰設想是：打通津浦鐵路徐州至濟南段和兗州至臨沂段的交通，佔領魯南解放區，然後集中主力向泰安和萊蕪方向強行推進，迫使陳毅、粟裕部主力進入魯中山區與之決戰，至少要把陳毅和粟裕趕到黃河以北去，從而佔領整個山東解放區。
三月底，國民黨軍打通了津浦鐵路的徐州至濟南段和兗州至臨沂段。大規模的作戰開始向山東解放區的縱深地帶推進。
陳毅和粟裕擬以三個縱隊迅速南下，誘使敵軍回援，然後以五個縱隊的兵力或打南線之敵，或打增援之敵。但是，部隊剛剛南下兩天，作戰意圖就已暴露。當面的國民黨軍第一兵團緊急向後收縮，第二、第三兵團向南下的華東野戰軍三個縱隊展開了戰役合圍，陳毅、粟裕部被迫停止在新泰、蒙陰一線。
在山東戰場上，國共雙方的戰略意圖都已十分明確。
國民黨軍誓要攻佔山東，而對於共產黨人來講，一個不容爭議的前提是：山東解放區絕不能丟失。如果山東丟失，共產黨人就損失了面積最大、兵力最多、地理位置最重要的生存空間，那麼勢必在全國戰場的總體態勢上陷於極其被動的地位，尤其是這個局面發生在延安已被放棄之後。
毛澤東致電華東野戰軍：“不論什麼地方，只要能大量殲敵，即是對於敵人之威脅與對於友軍之配合，不必顧慮距離之遠近。”——這是利用解放區內部優勢的民情和有利的地形進行大規模運動作戰的設想。在敵強我弱的形勢下，原地不動肯定是危險的。陳毅和粟裕制訂了一個圍點打援的“蒙泰戰役”計劃：攻擊孤軍防禦泰安城的整編七十二師，誘使國民黨軍回援並相機伏擊援軍。
四月二十二日晚，華東野戰軍的三個縱隊開始圍攻泰安，以期吸引整編七十五、八十五師北援，但是戰鬥打響整整兩天以後，不但泰安守軍的阻擊異常頑強，整編七十五、八十五師彷彿也已判斷出華東野戰軍的意圖，就是按兵不動，根本沒有增援泰安的任何動向，這就迫使陳毅和粟裕的圍點打援很快就演變成了對泰安城的攻堅戰。
年初的時候，整編七十二師曾把被劉伯承部包圍的整編八十五師救出戰場，戰後師長楊文瑔得到蔣介石的通令嘉獎。三月，楊文瑔來到山東戰場後，他一心想再立新功。當他得知泰安已被包圍的時候，並沒有驚慌失措——“以現有兵力固守泰安，即使共軍以三倍兵力來攻，也並不感到單薄。”楊文瑔認為，泰安的防禦工事十分穩固，附近的友軍都在二十多公里的範圍之內，只要自己守住泰安，把共軍主力拖在這裡，然後各路大軍紛至，必定會把共軍全部殲滅。
華東野戰軍攻擊泰安城的戰鬥進行得十分艱苦。第三、第十縱隊的聯合攻擊自外圍開始就始終處在殘酷的近距離搏鬥中。交戰雙方都顯示出極強的戰鬥決心，一個陣地往往需要反覆爭奪才能分出最終勝負。戰鬥進行到白熱化的時候，雙方的官兵相互交叉在一起，戰場呈現出混戰狀態。經過反覆的拉鋸戰之後，蒿里山據點被第三、第十縱隊官兵攻佔。負責防禦的楊文瑔部三十九團急於脫離戰場，被阻之後向南逃竄，一直逃進了兗州城。接著，泰安城南門被突破，楊文瑔部四十五團團長田其豐指揮部隊沿著街道節節抵抗，一直退到防禦岱廟的新編十三旅的陣地上。當岱廟附近發生混戰的時候，楊文瑔的信心終於動搖了，他一面嚴令把攻進城內的共軍反擊出去，一面帶領幾個親信企圖由北門逃上泰山。但是，由於必須通過一段七百米的火網地帶，楊文瑔向北門的突擊沒有成功。
返回師部後，楊文瑔開始地向周圍的友軍急切地求救，但是南面的整編八十五師距泰安還有十五公里，西面的整編七十五師距泰安還有三十公里，也就是說，在戰鬥開始後的整整四天裡，這兩支奉命協同整編七十二師作戰的友軍只前進了二十公里。而楊文瑔的整編七十二師此刻已是“糧彈告缺”，“傷員擁擠”，“士氣頹喪”。最後的戰鬥在古建築群岱廟裡展開，華東野戰軍展開了聲勢浩大的喊話，有的幹部甚至不畏生死從圍牆上跳進去，近距離地宣傳共產黨優待俘虜的政策。跟在幹部後面的“解放戰士”也跟著喊：“弟兄們！我們原來是李仙洲的下屬！現在在解放軍裡過得很好！”岱廟守軍設置在院子裡的四門榴彈炮和十六門迫擊炮停止了射擊，炮手們眼看著共產黨官兵坐在了他們的炮位上。此時，新編十三旅旅長楊本固已放棄指揮，在衛兵的簇擁下奔出西門。
楊文瑔躲藏在師指揮部裡，把最後的希望寄托在從泰安以西的肥城方向趕來的新編十五旅上。新編十五旅在旅長江濤的率領下，已經前進到泰山上的南天門，並在那裡與楊文瑔通了電話。楊文瑔在電話裡說：“趕快下山吧！不然咱倆就沒有見面之日了！”江濤立即命令部隊強行下山。走到半路再與楊文瑔聯絡時，剛說了幾句，就聽見電話那頭一聲巨響，江濤知道一切都晚了。晨曦中，新編十五旅的官兵已能清楚地看見泰安城，全旅卻處在了前進不得的境地，江濤滿心的悲涼陡然而生，他喃喃自語道：“楊先生！對不起了！”最後時刻，楊文瑔命令特務營爬到師部前面的一座大牌坊上不惜一切阻擊，而他自己換上士兵服混進了潰散的人群中。天大亮了。第十縱隊司令員宋時輪命令清查俘虜，楊文瑔很快就被指認出來。
楊文瑔，畢業於黃埔二期輜重科，在國民黨軍中歷任排長、連長、營長、團長、旅長、師長，率部參加淞滬會戰、常德會戰、鄂西會戰、長沙會戰。一九四六年初上任整編七十二師師長，同年十一月被晉陞為少將軍銜。一九四七年四月二十六日在泰安被俘。一九七三年病逝於撫順戰犯管理所。
泰安戰鬥結束後，華東野戰軍沿津浦路西側南下攻擊寧陽，意在把國民黨軍第五軍調動起來以創造戰機，並威脅國民黨軍的補給基地兗州。經過兩天的戰鬥，寧陽雖被攻克，但國民黨軍並沒按陳毅、粟裕所期待的那樣調動。此時，在山東腹地大範圍的地域內，國共兩軍開始了捉迷藏般的機動，雙方都試圖發現對方的破綻以尋求戰機。四月二十八日，國民黨軍佔領蒙陰，華東野戰軍趁敵未穩，以四個縱隊的兵力實施反擊，國民黨軍立即退踞蒙陰山區。陳毅、粟裕不甘戰機失去，擬攻擊退守中的整編七十四、二十五、六十五師。但是，未等主力集結，國民黨軍第七軍和整編四十八師已經靠攏過來，華東野戰軍只有撤退。五月三日，戰機再次出現，華東野戰軍對剛剛佔領新泰的整編十一師形成包圍之勢，這一次，邱清泉的第五軍迅速推進，以期與整編十一師協同吃掉將被夾在中間的華東野戰軍，陳毅、粟裕只好再度命令部隊撤退。
四月三十日國民黨中央社徐州電：“逆沂河兩岸北上的國軍湯恩伯兵團，以壓倒之勢向前挺進，戰果輝煌。”
五月四日國民黨中央社徐州電：“臨沂蒙陰道上國軍湯恩伯兵團，又在青駝寺北造成空前大捷……國軍正挾連勝雄姿，向共軍夾擊中。”
五月九日國民黨中央社徐州電：“北上國軍，九日晨進抵蒙陰要塞雁翎關一帶地區，對集中萊蕪之共軍主力，即時展開決定性之殲滅戰。”
戰機一失再失，部隊來回調動，這種被稱為“耍龍燈”式的作戰，引起了部隊官兵的焦躁情緒，官兵中間開始流行一個順口溜：“陳司令的電報嗒嗒嗒，小兵們的腳板啪啪啪。”陳毅、粟裕也十分焦急：如果再不尋找到殲敵戰機，打一個像樣的殲滅戰，等到國民黨軍完成重兵調動，山東戰場的形勢只能更加惡化。
五月四日，毛澤東來電，強調“要有極大忍耐心”：
……敵軍密集不好打，忍耐待機，處置甚妥。只要有耐心，總有殲敵機會。你們後方移至膠東、渤海、膠濟線以南廣大地區均可誘敵深入，讓敵佔領萊蕪、沂水、莒縣，陷於極端困境，然後殲擊，並不為遲。惟（一）要有極大忍耐心；（二）要掌握最大兵力；（三）不要過早驚動敵人後方。因此，請考慮一六兩縱是否暫緩南下為宜，因南下過早，敵可能驚退，爾後難於殲擊……
五月六日，毛澤東再次來電，要求“忍耐待機”：
……第一不要性急，第二不要分兵，只要主力在手，總有殲敵機會。凡行動不可只估計一種可能性，而要估計兩種可能性，例如調動敵人，可能被調動，亦可能不被調動，可能大部被調動，亦可能只有小部被調動。凡在局勢未定之時，我主力宜位於能應付兩種可能性之地點……當著不好打之時，避開敵方挑釁，忍耐待機，這是很對的……山東地區狹窄，你們兵力甚大，轉動不易，自應因地制宜……
為讓國民黨軍放心大膽地前進，華東野戰軍主力又向後退了一點，撤至萊蕪、新泰、蒙陰以東地區。這一帶多岩石山地，山中小路崎嶇狹窄，其間的沂河和汶河夏天雨季來臨前可以徒涉，對於機動能力強的我軍來往不受制約，而卻極其不利於國民黨軍重型裝備的通行。
十日，國民黨軍推進到萊蕪、新泰、蒙陰一線。第一兵團司令官湯恩伯遵照顧祝同的攻擊部署，命令其整編七十四、二十五師自垛莊、北桃墟繼續北進；第七軍和整編四十八師各一部策應整編七十四師的行動；整編八十三師以一部保證整編七十四師側翼的安全；整編六十五師在蒙陰守備，並負責掩護整編二十五師的左翼。
大敵當前，負責軍事指揮的粟裕徹夜不眠。此時，進至沂水以南的國民黨軍第七軍和整編四十八師一部在右翼似乎顯得有些孤立，雖然該敵屬於作戰頑強的桂系，但這總是個分割殲敵的機會。就在部隊已經開始調動的時候，粟裕接到前方的報告：九縱在坦埠以南受到整編七十四師的攻擊。這一情況立即引起粟裕的警覺。接著，偵察部門截獲了湯恩伯的一個作戰命令，內容是：十一日攻擊坦埠，整編七十四師主攻，整編二十五、八十三師為其左右翼，除以一部控制孟良崮等要點外，限於十二日拿下陳粟指揮中心所在地坦埠。同時，粟裕還查明王敬久兵團的第五軍，歐震兵團的整編十一師等部，也於同日開始由萊蕪、新泰向東出擊。
經過分析，粟裕認為，國民黨軍的攻擊計劃有所調整，即採取中間突破的方式，直接攻擊華東野戰軍的指揮中心，企圖令華東野戰軍陷於混亂，最後形成決戰態勢。對手雖然來勢兇猛，但是粟裕意識到，幾個月來苦苦尋找的戰機也許近在眼前了。“因為在此以前，敵軍密集靠攏，行動謹慎，一打就縮，很難捕捉”。現在既然敵人已開始全線進攻，“並對我實施中央突破”，那麼，“我應立即改變先打敵第七軍和第四十八師的計劃，以反突破來對付敵人的突破，即迅速就近調集幾個強有力的縱隊，以‘猛虎掏心’的辦法，從敵戰鬥隊形的中間楔入，切斷對我威脅最大的中路先鋒敵第七十四師與其友鄰的聯繫”，然後將整編七十四師吃掉。
可以想見參謀人員的吃驚程度。
整編七十四師是國民黨軍最精銳的部隊，全部的美式裝備，被譽為蔣介石手中的“王牌”。況且，目前整編七十四師居於敵人攻擊陣形的中間部位，粟裕的設想顯然違反了我軍打擊薄弱環節、孤立殲滅翼側之敵的原則。而粟裕的依據是：如果繼續攻擊第七軍和整編四十八師，敵人很可能置我軍的行動於不顧，繼續執行中央突破的計劃，那樣我軍將陷入兩面作戰、進退兩難的境地。同時，雖然敵人的攻擊陣形十分密集，一百二十多公里的攻擊線上擺放了八個整編師（軍），而且在兵力對比上我軍處於劣勢，但是整編七十四師已經處在我軍的正面，我軍不需要過多的調整就可以在局部達成五比一的兵力對比優勢。只要在分割、包圍、阻擊等各方面部署嚴密，作戰信心堅決，殲敵是有一定把握的。而且，戰場上的強與弱是相對的。整編七十四師雖然強大，但它的弱點也是致命的，那就是重裝備進入山區後機動能力將受到嚴重限制，使優勢裝備反成累贅。再有就是，整編七十四師是眾所周知的蔣介石的嫡系，師長張靈甫年輕氣盛，不可一世，這造成了該師與其他國民黨軍部隊芥蒂很深，在我軍堅決阻援的情況下，友鄰未必會拚死援救。如果我們能將整編七十四師殲滅，將是對國民黨軍的一個沉重打擊。
陳毅聽完粟裕的闡述，說：“好！我們就是要有從百萬軍中取上將首級的氣概！不走了！打！”
決心下定，首先要把奉命攻擊第七軍和整編四十八師的部隊追回來。部隊已經出發，為了保密，電台都已處在靜默狀態，於是野戰軍指揮部的所有參謀奉命出動，有的騎摩托車，有的騎自行車，有的騎馬，有的乾脆跑步前進，總算把前進中的第一、第四、第八、第九縱隊全部追了回來。
華東野戰軍隨即召開了各縱隊首長參加的作戰會議，決定以第一、第四、第六、第八、第九縱隊以及特種兵縱隊擔任圍殲任務，第二、第三、第七、第十縱隊擔任阻援任務。具體部署是：第一、第八縱隊從整編七十四師的左右兩翼迂迴穿插，會同第六縱隊斷其後路。第四、第九縱隊從正面出擊。第一縱隊以一個師阻擊西面的整編六十五師，主力從整編七十四師和整編二十五師之間狹窄的縫隙楔入，割斷這兩個師的聯繫，並阻擊整編二十五師，同時協同第六、第八縱隊攻擊整編七十四師的側後。第八縱隊從整編七十四師和整編八十三師之間楔入，以一部阻擊整編八十三師，主力迅速攻佔南面的萬泉山，與第一縱隊一起攻擊整編七十四師的側後。第四縱隊在北面阻擊向坦埠前進的敵人，然後攻佔孟良崮。第九縱隊在北面攻擊雕窩。第十縱隊在西北方向鉗制萊蕪的第五軍並阻其南援，第三縱隊也位於西北方向阻擊新泰一線的整編十一師。第七縱隊在東面阻擊何陽方向的第七軍和整編四十八師。第二縱隊在東北面保障第八縱隊的側翼，並策應第七縱隊的行動。同時，地方武裝和民兵沿著公路進行破壞和騷擾。
從陳毅、粟裕的角度看，這確實是一個十分新奇、十分大膽的作戰計劃，因為在敵軍密集的陣形之中把整編七十四師“挖”出來並實施圍殲，要冒被四周的敵人實施反包圍的巨大危險。
華東野戰軍戰役發起時間被確定為十三日黃昏。
五月十二日晚，蔣介石在其官邸召開了軍事會議。
這是一個致整編七十四師於死地的會議。
蔣介石的官邸軍事會議，在國民黨內被稱為“官邸會報”，一般是以作戰會商開始，以晚宴結束。能參加“官邸會報”的將領和官員，向來被認為是享有參與高層決策的最高榮譽。高層軍政大員們在國防部旁邊那座兩層西式小樓的內走廊裡脫下外套和帽子，然後在一副曾國藩手書的屏聯下走進堂皇的大客廳。大客廳裡一根一米多長的象牙，每每讓國民黨軍高級將領們津津樂道。十二日晚，在這間大客廳裡，蔣介石和他的高級幕僚們像談論一次出遊計劃一樣，作出了在山東戰場繼續全面推進的決定，蔣介石特別強調要首先攻佔坦埠。晚宴菜式不多，但都很精緻。餐後水果是剛從廣東空運來的新鮮木瓜。蔣介石和他的高級幕僚們萬萬沒有想到，在這個傍晚，他們制定的看上去並沒有什麼特殊內容的作戰計劃，卻導致了一個讓共產黨人永遠津津樂道的著名的戰例——孟良崮戰役。
國防部第三廳向山東戰場下達了作戰計劃。
五月十二日，整編七十四師開始向坦埠方向攻擊前進。拂曉時分，其先頭部隊五十一旅以炮擊為先導，向當面華東野戰軍第九縱隊許世友部的阻擊陣地實施攻擊。九縱的任務是牽引整編七十四師前進，既不能讓其攻擊速度過快，以便給穿插的部隊爭取時間，但也不能把他打回去或是令他原地不動。部隊在堅守陣地的同時，適當反擊，然後放棄陣地撤退，致使整編七十四師始終認為當面的共產黨軍隊根本無力阻擋。十三日拂曉，整編七十四師依舊以五十一旅為前鋒攻擊前進，在馬山和佛山等地又遭到許世友部的阻擊。中午，馬山阻擊陣地被整編七十四師攻佔，九縱七十四團扼守的大崮陣地也丟失，但黃昏時華東野戰軍經過反擊又將其奪回。在這樣的拉鋸戰中，整編七十四師兩天之內僅僅前進了四公里。
在九縱阻擊整編七十四師的同時，華東野戰軍各縱隊按照各自的戰鬥任務迅速開始了行動。第一縱隊葉飛部以小部隊阻擊整編二十五師的同時，主力從整編二十五和整編七十四師之間的縫隙向敵縱深迅猛穿插，先後攻佔了蛤蟆崮、天馬山和界牌等要點，另一部則逼近蒙陰城，構築起阻擊整編六十五師的陣地——連夜的大霧，不但給迅猛穿插的一縱帶來了辨別方向的困難，也給國民黨軍帶來了巨大的災難：整編七十四師的軍官們曾經發現側翼出現了運動中的大部隊，但是由於大霧看不清，竟然主觀地認為那是友軍整編二十五師在向他們靠攏。其實，那是王建安的八縱剛從整編七十四師與整編八十三師之間的空隙穿過去。
第六縱隊王必成部攻擊垛莊的戰鬥十分關鍵，垛莊是整編七十四師的後方補給點，攻擊是否得手關係到能否最終完成包圍。擔任攻擊任務的六縱是從魯南趕來的——不少軍史家都把陳毅和粟裕在魯南“埋伏”了整整一個縱隊的兵力稱為“神來之筆”——兩萬多官兵在四十八小時之內急行軍一百二十公里，六縱於十四日下午開始了對垛莊的攻擊。垛莊受到攻擊，這令第一兵團司令官湯恩伯感到事情不妙，立即命令死守垛莊。整編七十四師也派出一個團，緊急加強垛莊的兵力。這個團在前往垛莊的路上與六縱十八師五十三團相遇，戰鬥的結果是這個團的團長被活捉。之後，六縱一舉將垛莊拿下。
整編七十四師的退路已斷。
張靈甫終於意識到自己有被包圍的危險，下令全師向孟良崮和蘆山地區收縮。
至此，華東野戰軍已基本完成對整編七十四師的分割包圍。
低估張靈甫的軍事才能是危險的。他知道孤軍退守幾座光禿禿的山岡是無法最終取勝的。張靈甫的設想是：憑借整編七十四師的實力，共軍根本啃不動，只要整編七十四師用頑強的防禦把陳粟牢牢地吸引住，四周的友軍乘勢合圍，就能為與共軍在山東決戰創造出一個最佳時機。蔣介石顯然也發現了這一絕好的態勢，他立即命令整編七十四師堅守陣地，吸引共軍主力；命令位於新泰的整編十一師、位於蒙陰的整編六十五師、位於桃墟的整編二十五師、位於青駝寺的整編八十三師、位於河陽的第七軍和整編四十八師，分別從西北、西、南、東四個方向上火速向整編七十四師靠攏。同時，命令位於萊蕪的第五軍全力南下，命令位於魯南的整編六十四、二十師迅速北上。
於是，孟良崮戰場陡然顯出驚人的戰役格局：陳毅、粟裕部的五個主力縱隊雖然包圍了整編七十四師，但國民黨軍卻以十個整編師（軍）的大兵力對陳毅、粟裕部實施了反包圍——以孟良崮這座小石山為中心，在整編七十四師的外圍，是華東野戰軍形成的包圍圈；在華東野戰軍作戰部隊的外圍，國民黨軍形成的一個更大範圍的包圍圈。狹窄的地域內聚集著數十萬大軍，交戰雙方的戰鬥距離如此接近，敵中有我，我中有敵，層層交錯，扭成一團。
孟良崮戰役圖
對於陳毅和粟裕來講，關鍵是要在最短的時間內，迅速全殲整編七十四師，同時還要最大限度地阻擊多路增援敵軍。
而國民黨軍的希望則在於：整編七十四師多堅持一天，外圍部隊對陳粟的合圍就壓緊一天，直到華東野戰軍無力承擔兩面作戰時為止。那時，便是殲滅山東共產黨軍隊的最後時刻。
十五日下午，華東野戰軍對整編七十四師發起總攻。粟裕率領少數參謀人員和機要人員組成前線指揮所，從坦埠移動到靠近前沿的一個山洞裡。留在坦埠的陳毅不斷地給各縱隊司令員打電話，強調要盡快把整編七十四師這個“硬核桃”敲掉，阻擊部隊要堅決頂住增援之敵。陳毅知道“勝敗在此一舉”。
孟良崮，位於蒙陰東南約六十公里處的蘆山之中。蘆山是一片方圓約五十公里的山群，萬泉山、雕窩、蘆山、孟良崮等山峰起伏相連，主峰孟良崮海拔五百米。崮，為山東腹地特有的一種坡度陡峭、怪石林立、草木稀疏、石質堅硬的石山。整編七十四師收縮在這裡後，由於無法挖掘戰壕，官兵們或用石塊築起掩體，或在巨大的岩石縫隙間設立射擊陣地。華東野戰軍從陡峭的巖壁上仰攻，沒有任何隱蔽物可以利用，而整編七十四師雖然在上山時丟棄了部分重型裝備，但其步兵武器的火力依舊十分兇猛。攻擊部隊採取波次攻擊的方式，一輪接一輪地前仆後繼，整編七十四師不但組織起密集的火力攔截，而且還多次發動大兵力的反擊，雙方在陡峭得幾乎站不住腳的石坡上混戰在一起。因為佔領和防禦每一道岩石稜線都要經過反覆爭奪，肉搏已經無法避免，岩石間血肉橫飛，到處是嘶啞的喊聲和痛苦的呻吟聲，岩石縫隙中很快塞滿了雙方士兵的屍體。
張靈甫，一個性格冷峻的職業軍人，在十五日接近中午的時候，他平生第一次感覺到什麼是恐懼。
張靈甫
張靈甫原名鍾靈，字靈甫，生於陝西長安一個普通的農民家庭，十八歲入西安第一師範，國文成績優良，對古詩詞、書法、歷史尤其喜歡。師範畢業後入河南軍官訓練團，不久經同鄉同盟會著名人物於右任的推薦，入黃埔軍校第四期。一九二六年畢業後，以排長身份參加北伐，右腿負傷，被提升為連長；後又參加中原大戰，右臂負傷，被提升為營長。一九三四年率部追擊長征中的紅四方面軍，因作戰頑強得到陸軍第一師師長胡宗南的賞識，升為中校團長。不久，張靈甫製造了一件轟動全國的新聞：他與原來由父母撮合的夫人離婚之後，娶了漂亮的四川姑娘吳海蘭。由於婚後一直在外作戰，當他聽說有人在西安看見夫人和別人看電影時，立即向師長胡宗南請假，然後帶著一把手槍回了西安。進家便吩咐夫人給他包韭菜餡餃子，當夫人走到菜地裡蹲下割韭菜的時候，他向夫人的後腦勺開了一槍。開槍之後，夫人陳屍自家菜地，他徑直返回了部隊。張靈甫殺妻之事傳出後，吳海蘭的家人將其告上法院，在強大的社會輿論壓力下，蔣介石電令胡宗南將其押解至南京監禁。張靈甫是胡宗南軍中最得力的軍官，胡宗南沒有派人押解他，而是給了他路費，讓他自己去南京面見蔣介石。結果張靈甫經洛陽、鄭州、徐州一路閒散遊玩，剛走到半路盤纏就用光了，好在他模仿恩師於右任的書法足以亂真，就此一邊賣書法一邊繼續遊玩，半年之後才到達南京。張靈甫被關進模範監獄，除了不能走出大門外一切自由，而他大多的時間都在研習書法。一年後，經第七十四軍五十一師師長王耀武請求，張靈甫被秘密釋放投奔第七十四軍，從此捨“鍾靈”名而以字“靈甫”行世。一九三七年，抗日戰爭爆發，張靈甫率五十一師一五三旅三五團參加上海保衛戰和武漢保衛戰，並在德安一戰中率部仰攻日軍山地陣地。他親自帶領突擊隊先從崎嶇的峽谷間偷渡，再從陡峭的懸崖上攀爬，與正面攻擊部隊對日軍形成夾擊之勢。日軍發動猛烈反擊，張靈甫腿部中彈卻誓死不退，血戰五天五夜後將日軍擊退，並與友軍一起收復九江以南全部失地。德安一戰令張靈甫名傳天下，戰後升為旅長，繼而參加南昌戰役、長沙會戰、常德會戰、衡陽保衛戰，每每勇猛善戰，一九四年升任五十八師師長，一九四四年秋升任第七十四軍副軍長，一九四六年夏升任第七十四軍軍長兼南京首都警備司令。國民黨軍整編後，第七十四軍稱整編七十四師，但兵力仍在三萬人左右，全師裝備精良，戰鬥力極強，被蔣介石譽為“國軍模範”，參謀總長陳誠也在多個場合說：“全軍多幾個七十四師，戰事就會平定了。”
整編七十四師開赴山東後，張靈甫的攻擊行動十分踴躍，強佔頭功的架勢令各路友軍側目。即使在孟良崮被包圍之後，師參謀長魏振鉞一再提醒：“此乃孤山，為兵家大忌，不易固守。”但張靈甫依舊認為，軍人打仗要的就是置之死地而後生，華東野戰軍決不敢貿然攻擊赫赫有名的整編七十四師。但是，戰事進行到十五日下午的時候，他發覺陳毅和粟裕這次決心要將他置於死地，特別是得知各路友軍合圍的速度十分緩慢時，他知道事態不是一般的嚴重了。張靈甫開始向友鄰部隊呼叫增援，讓他萬分恐懼的是，被包圍在中間的明明是他，可各友鄰部隊竟然向他發出了請求增援的呼叫。
華東野戰軍阻援部隊的戰鬥同樣打得極其艱苦。阻援部隊的頑強戰鬥和不惜代價的反擊，竟然讓國民黨軍受阻部隊紛紛以為自己是陳毅、粟裕部攻擊的焦點，於是才出現了請求張靈甫出擊救援的怪事。在攻擊孟良崮戰鬥進行得萬分殘酷之時，阻援部隊在十五日這天成功地阻擊著各路援軍：十縱把第五軍鉗制在萊蕪方向；三縱把整編十一師阻擋在蒙陰以北；從蒙陰出擊的整編六十五師被一縱和六縱隊糾纏得一天之內只前進了不到十公里；而七縱在南面攔截著第七軍和整編四十八師；從魯南北上的整編二十、六十四師則陷入了地方武裝和民兵的有力鉗制中。
張靈甫的一世孤傲終於讓他在危難之時面臨著孤軍作戰的絕境。
就在張靈甫向坦埠發動進攻的時候，他曾與位於自己左前方的整編十一師師長胡璉通過電話：
張：請你們一起動！
胡：上級叫我們等你們動了之後我們再動。
張：我們已經動了。
胡：上級讓我們等你們打了之後再動。
張：那麼你們將動到哪裡？
胡：坦埠以北約八十華里的地方。
離孟良崮最近的整編二十五師和整編八十三師，距張靈甫的整編七十四師僅僅只有五公里，兩個師的炮火完全可以與整編七十四師構成交叉火力。由於整編二十五師和整編七十四師被編在同一個攻擊縱隊中，負責指揮的整編二十五師師長黃百韜因此不敢怠慢。他採用密集的人海戰術，向華東野戰軍第一縱隊的阻擊陣地發動輪番攻擊，在一縱隊前沿陣地官兵傷亡殆盡的情況下，整編二十五師佔領了浮山和界牌，但依舊與張靈甫的整編七十四師隔著一座天馬山。
與黃百韜相比，整編八十三師師長李天霞的心情就複雜得多了。張靈甫和李天霞同為黃埔畢業，又同是第七十四軍軍長王耀武的親信。一九四六年，國民黨軍整編時，兩人暗地裡競爭“王牌”師師長的位置，結果張靈甫因得到原第七十四軍兩任軍長俞時濟和王耀武的支持而把李天霞擠了下去，李天霞對此一直懷恨在心。兩人的芥蒂在山東戰場上又一次顯露，按照攻擊計劃，整編七十四師歸屬第一縱隊李天霞指揮，但是張靈甫堅持要歸黃百韜指揮，因為他對李天霞極度不信任，認為一旦遇到困難黃百韜總比李天霞靠得住。
張靈甫發覺被圍之後，曾向第一兵團司令官湯恩伯請求命令李天霞部火速增援。李天霞受命之後，僅派出一個團，冒充旅部番號，進至沂水西岸，可最終還是把沂水西岸的陣地丟了，導致張靈甫的一個旅被華東野戰軍分割出去。張靈甫在電話裡向李天霞的一位團長發火了，說他已經稟報國防部，整編七十四師的右翼要是出了事，整編八十三師要負責。李天霞順水推舟，立即命令這個團歸張靈甫指揮。可是，他同時又給他的團長打去電話，暗示部隊遇到情況就撤退。這還不算完，李天霞的整編八十三師不但沒有再向孟良崮靠近一步，而且主力開始全部向東收縮，最終與整編七十四師拉開了一段無法彌合的距離。李天霞說：“張靈甫不是頂有辦法嗎？”
在蔣介石的嚴厲催促下，十五日，湯恩伯離開臨沂前往孟良崮前線。走到半路，碰見剛從孟良崮跑出來兵團副司令官李延年。李延年對湯恩伯說“七十四師現在很狼狽”，勸湯恩伯不要再向前走了，因為垛莊已經被共產黨軍隊佔領，一旦陳毅、粟裕部掉頭南下就麻煩了。湯恩伯立即返回了臨沂。
此刻的孟良崮戰場上，陣地幾乎全部是呈四十五度角的陡峭而堅硬石坡，無論對於守方還是攻方，都足以令最勇敢的士兵生畏。岩石上無法挖掘戰壕和掩體，仰面攀登上去，雙方相互發現的時候槍口都已經近在眼前了。
十五日，國民黨軍戰地報告：
十五日拂曉前，匪軍陸續增加，不斷撲犯，槍炮（彈）如雨，火光燭天……戰鬥慘烈，素所未見……拂曉，傾萬泉山失守，匪即猛攻雕窩高地。同時，東北麓方面之匪蟻聚麇集，於其熾盛火力之下，逐波衝鋒，勢如潮湧……午間，垛莊方向竄到匪之第六縱隊，便沿西麓進犯，於是戰況更形緊迫。午後迄夜間，匪軍更番迫近，我軍抵死搏鬥，反覆衝殺……戰鬥尤為慘烈。
一向冷靜的粟裕記述道：
圍殲戰是一場劇烈的陣地攻堅戰。我軍於十五日下午一時發起總攻，從四面八方多路展開突擊。敵第七十四師和第八十三師十九旅五十七團麇集於孟良崮、蘆山及附近山地，依托巨石，居高臨下，不斷對我發動反衝擊。從戰術上來說，依托陣地的反衝擊，可以給對方以相當的殺傷，何況我軍為了爭奪每一個山頭、高地，要從下向上仰攻，每克一點，往往經過數次、十數次的衝鋒，反覆爭奪，直到刺刀見紅，其激烈程度，為解放戰爭以來所少見。
十五日黃昏，整編七十四師已被壓縮於東西三公里、南北兩公里的狹窄山地間，人員、馬匹和輜重全部密集地暴露在華東野戰軍的炮火打擊之內，一顆炮彈就能造成驚人的傷亡。時值盛夏，石山堅硬，寸草不生，水源奇缺，國民黨軍飛機空投的糧食、水囊、彈藥大多落在外圍華東野戰軍的陣地上，張靈甫的數萬官兵飢渴難支，疲憊不堪，傷亡慘重。下午，在飛機轟炸的掩護下，整編七十四師先向垛莊方向突圍，被六縱阻擊回來；再向西北方向突圍，被一縱隊堵了回來；又轉向雕窩方向，一度佔領雕窩，後又在九縱的兇猛反擊下被迫撤回。在殘酷的戰鬥中，整編七十四師頭頂烈日，向九縱控制的地域發起衝擊以爭奪水源，九縱的一個連誓死不讓國民黨軍接近水源，拉鋸般的殘酷爭奪戰中這個連幾乎全部傷亡，雙方官兵的屍體佈滿了水源四周。
死屍的味道和硝煙的味道混合在一起，在熾熱的高溫中瀰漫。
晚上，張靈甫轉移到孟良崮上的一個山洞裡，微弱的燭光映在黑黢黢的石壁上，張靈甫再次向湯恩伯呼叫請求迅速解救。湯恩伯要求張靈甫主動向萬泉山方向突圍。張靈甫的回答是：“本部已無力向萬泉山實施攻擊。”入夜，張靈甫給仍在陣地上的五十七旅旅長陳噓雲打電話，要他撤到師部這邊來，張靈甫說：“噓雲，我們最後也要在一塊。”那時，整編七十四師師部與五十一旅的聯繫已經中斷，而華東野戰軍從五十一旅陣地上發射的炮彈已經打到五十七旅的陣地上。
十五日夜，陰雲遮蔽星月。
支前幹部吳相林的運糧隊已經接近激戰中的孟良崮，他計算了一下，餘下的路程大約還有十五公里。此時，運糧隊的農民們都把外衣脫了，他們把衣服全蓋在了糧食上，因為怕糧食被濃重的夜霧打濕了。前面是座大山，路窄山陡，車子無法推了。大伙說，去晚了，仗打完了，說不定能繳獲很多大米白面，隊伍就吃不上咱莊的糧食了，這等於沒完成任務呀。於是，把糧食卸下來，把小推車藏好，所有的人把糧食背在了自己背上，多的背了一百多斤，少的也有七八十斤。吳相林扛著糧食口袋走在最前面，遠遠地看見天上盤旋著飛機，他數了數有十來架。
此刻，在戰場上奔波的外國記者發現了共產黨軍隊打勝仗的根本原因：孟良崮戰役期間，國共雙方的部隊都在緊張秘密的調動之中。通常認為，軍隊路過村莊的時候，百姓們都會藏起來。“可是，這種概念是再錯不過的了。”美國記者貝蒂·格蘭姆說，當共產黨軍隊開來的時候，“沿途的每個村莊都喜氣洋洋，每一家的門前都有一盞把油盛在淺碟裡點燃的油燈，從土牆的一些缺損處發出微弱的亮光。所有村民都站在那兒迎接隊伍……”
……半夜以後，部隊開始到達。先是四五個人組成的一個個小組，接著，一次來十個或十五個人。農民們擁到村外，在道路兩旁列隊，放在地上的油燈在他們激動的臉上投下古怪的、忽隱忽現的影子。一支由兩面鼓、一對鈸、一個喇叭和一支笛子組成的樂隊，只要見到一位士兵從黑暗中突然走進那小小的光圈，就立刻演奏起來，讓那嚇人而又激動人心的喧鬧聲在夜空裡迴盪……無論部隊已經如何疲憊，每個士兵仍然加快了腳步，就像馬拉松比賽即將到達終點時那樣。農民們一張張被稀奇古怪的影子扭歪了的臉，只要看見一支支閃閃發亮的美國機關鎗，或者一架巨大的美國電動機車（汽車），就變得格外興奮。人們一次又一次像舉標槍似的伸出拳頭，朝士兵們高呼：“打敗蔣介石！”“你們是我們的子弟兵，我們是一家人！”
共產黨的部隊進村了，婦女們給官兵們洗衣服，官兵們給房東挑水劈柴。農民們聚集在官兵們身邊，想聽聽外面發生的大事情。他們對武器格外感興趣，一個共產黨幹部決定讓鄉親們開開眼，他端起美國機槍打了一梭子，巨大的聲響讓農民們驚慌地向後躲閃，然後他們熱烈地鼓起掌來。隊伍離開村莊後，一個農民在官兵們住過的房子裡發現了一支鋼筆。這個農民竟然步行追了兩天，把他認為與革命有著重要關係的鋼筆送還給了部隊——“他認為這樣做有助於取得勝利和和平。”但是，農民們對國民黨軍隊決不會這樣做，“如果有什麼值錢的東西丟失了，老百姓就只會把它留在自己手裡，作為對他們從部隊那裡受到損害的一種賠償”。
孟良崮的戰鬥打響以後，在通往戰場的各條山路上，密集地行進著支前的獨輪小車。農民們的小車上裝載著戰爭所需要的所有物資：糧食、槍支、彈藥、柴草、木料、藥品、挖戰壕的鐵製工具、攀登用的木製雲梯、棉衣棉被和大量的布匹，甚至還有給犧牲官兵準備的衣服和棺材。農民們衝上前沿搶救華東野戰軍的傷員，對面的國民黨軍朝他們喊：“別抬了！丟下吧！小心被子彈打著！”但農民們依舊不顧一切地往下抬，他們中的不少人真的死在了彈雨中。在戰場四周的山路上，到處可見由青壯年組成的擔架隊，婦女和老人們則跟在擔架旁，不斷地給傷員們餵水和乾糧。傷員進村了，女人們看著渾身是血的官兵一邊抹眼淚，一邊用秫秸量傷員的腳，她們想讓傷員穿上一雙鞋底繡有“大吉大利”字樣的新鞋。那些急需動手術的傷員要緊急轉運，大娘把昨晚上她眼巴巴地守了一夜的傷員送到村口，嘮叨著囑咐擔架抬得穩一點，然後俯下身子對傷員說：“孩子！你命大！咱娘倆日後見！”
孟良崮戰役期間，隨軍常備支前民工七萬七千人，二線常備支前民工十五萬四千人，後備支前民工四十五萬九千人，整個孟良崮戰場上支援華東野戰軍作戰的支前民工多達六十九萬人——美國記者赫伯特·安布德從孟良崮回到美國以後說：“我預言共產黨將要取得勝利。”
十六日晨，張靈甫藏身的山洞開始遭到炮擊。
華東野戰軍已經攻到咫尺之遙，整編七十四師到了它的最後時刻。
華東野戰軍的炮火發揮出最大的殺傷力，擁擠在一起的整編七十四師官兵密集地暴露在裸露的岩石上，炮彈在岩石上爆炸，飛濺的彈片和岩石的碎片令無處隱蔽的他們大片傷亡。華東野戰軍官兵從各個方向蜂擁而上，最後的白刃戰在孟良崮山頂上展開。
上午八時，蔣介石發來急電：“山東共匪主力今向我軍傾巢出犯，此為我軍殲滅共匪完成革命唯一之良機。凡我全體將士應竭盡全力，把握此一戰機，萬眾一心，共同一致，密切聯繫，協力邁進，齊向當面之匪猛攻，務期殲滅共匪，以告慰總理及陣亡將士在天之靈。如有萎靡猶豫，逡巡不前或赴援不利，中途停頓，以致友軍危亡，致匪軍漏網逃脫者，定必以畏匪避戰，縱匪害國貽誤戰局，嚴究論罪不貸。希望奮勉勿誤。”在蔣介石的嚴令下，湯恩伯發電各部隊：“我張靈甫師連日固守孟良崮，孤軍苦戰，處境艱危。我奉令應援各部隊，務須以果敢之行動，不顧一切，星夜進擊，破匪軍之包圍，救胞澤於危困，以發揚我革命軍親愛精誠之武德與光榮，其有徘徊不前，見危不救者，決非我同胞所忍，亦為恩伯所不忍言也。”整編二十五、六十五、八十三師等部隊被迫發動猛烈的攻擊。
負責阻援的華東野戰軍各部隊拼盡最後之力誓死不退。而在圍攻孟良崮的戰場上，陳毅和粟裕不斷給各縱隊指揮員打電話：“誰拿下孟良崮誰就是英雄！”
雨雲密佈，天昏地暗。
山洞裡的張靈甫已經絕望，決定與他的軍官們集體自殺。副師長蔡仁傑拿著夫人和孩子的照片痛哭不已；副參謀長李運良把臉上塗上血污藏了起來，當初就是他一再向張靈甫表態：“軍座，此雖孤山，但地形險要，我們要置之死地而後生，臨險境而逢生。”
張靈甫開始給結婚不到兩年的夫人王玉齡寫訣別信：
十餘萬之匪向我猛撲，今日戰況更加惡化，彈盡援絕，水糧全無。我與仁傑，決以最後之一彈訣成仁，上報國家與領袖，下答人民與部屬。老父來京，未見痛極，生善待之，幼子望養育之，玉齡吾妻今永訣矣！靈甫絕筆，五月十六日孟良崮。
同時，張靈甫還給蔣介石寫訣別信，訴說由於友軍先是貽誤戰機，後又見死不救，尤其是李天霞部沒有保證整編七十四師右翼的安全，從而導致了現在的戰場結局。之後，張靈甫將整編七十四師副師長以下、團長以上的軍官姓名一一在訣別信中報給了蔣介石，請求蔣介石給予其家眷以照顧。最後，張靈甫再次痛斥了國民黨軍各部隊“各自為謀，同床異夢，勝則爭功，敗不相救”的現象以及對蔣介石賞罰不明的嚴重不滿：
以國軍表現於戰場者，勇者任其自進，怯者聽其裹足，犧牲者犧牲而已，機巧者自為得志。賞難盡明，罰每欠當，彼此多存觀望，難得合作，各自為謀，同床異夢……匪誠無可畏，可畏者我將領意志之不能統一耳。
十六日下午十七時，首先衝到張靈甫藏身的山洞口的，是華東野戰軍第六縱隊特務團一營。官兵們在副團長何鳳山的率領下，突破山洞西側的阻擊陣地後，與整編七十四師參謀長魏振鉞率領的阻擊部隊展開了激烈的肉搏戰，反覆的搏殺中魏振鉞被俘。一營繼續向山洞逼近，衝在最前面的三連指導員邵至漢中彈犧牲。官兵們越過指導員冒著血的身體，吶喊著拚死向前，在擊斃了張靈甫的衛隊長後，他們開始向洞內掃射。
與張靈甫一起躺在血泊中的有：整編七十四師副師長蔡仁傑，五十八旅旅長盧醒、副旅長明燦、團長周安義等。整編七十四師參謀長魏振鉞、副參謀長李運良，五十一旅旅長陳傳鈞、副旅長皮宣猷，五十七旅旅長陳噓雲，五十八旅副旅長賀詡章等被俘。
傾盆大雨狂瀉而下。
雨水夾雜著血水到處流淌。
吳相林的運糧隊終於登上了孟良崮，已經斷糧的華東野戰軍官兵老遠就跑來迎接。卸下肩頭的糧食，農民們就去看俘虜，俘虜之多令他們驚訝不已，密密麻麻地足足坐了大約八畝地的地方。大伙議論說：“這些人比咱那兩三個莊的人還多！”其中有個農民突然想起來了，忙說：“得問問他們，是誰在那個莊用陰火燒死那個小伙子的！”
孟良崮戰役，華東野戰軍全殲國民黨軍整編七十四師和整編八十三師的一個團。國民黨軍傷亡一萬三千餘人，被俘一萬九千六百七十六人。華東野戰軍傷亡一萬兩千一百八十九人，其中除其他原因的減員外，陣亡兩千零四十三人，負傷九千三百餘人。
交戰雙方的傷亡人數幾乎相等，戰鬥的殘酷程度由此可見一斑。
華東野戰軍的傷員和陣亡官兵的遺體被百姓們轉移和安葬了，只剩下國民黨軍陣亡官兵血肉模糊的屍體橫陳在孟良崮的岩石上。
四十四歲的張靈甫死了。
蔣介石獲悉整編七十四師被殲滅後，認為是內戰以來“最可痛心，最可惋惜的一件事”。為此，第一兵團司令官湯恩伯被撤職，整編二十五師師長黃百韜被撤職留任，整編八十三師師長李天霞被撤職押送軍法處查辦。
華東野戰軍在山洞中找到張靈甫的屍體。官兵們用擔架抬著這具遺體開始轉移，兩天之後，由於天氣炎熱屍體開始腐爛，華東野戰軍政治部決定就地掩埋。官兵們花了四百塊大洋買了口上好的楠木棺材，將張靈甫的遺體擦洗乾淨，給他穿上了新衣服，安葬在沂水縣野豬旺村後的一座小山岡上。跟隨第六縱隊轉移的整編七十四師被俘軍官要求最後看一眼他們的師長。經縱隊司令員王必成同意，在縱隊副司令員皮定鈞的陪同下，九名將校軍官在張靈甫的遺體旁跪成一圈，泣不成聲。華東野戰軍在張靈甫的墳前立了一塊木牌，上面寫著：張靈甫之墓。
之後，共產黨方面廣播了埋葬張靈甫的地點，希望他的家屬到該處收屍。不久，張靈甫的棺槨被國民黨方面挖走，重新安葬於南京玄武湖櫻洲之上。
一九四九年四月，中國人民解放軍攻佔國民黨政權首府南京，解放軍官兵們衝進城後，在玄武湖邊看見了一座高大的墓碑，墓碑上寫著：整編第七十四師師長張靈甫將軍之墓。
五月二十日，新華社發表評論《祝蒙陰大捷》：
……從去年七月到現在，華東人民解放軍已經殲滅了蔣介石正規軍五十個旅……蔣介石以一百個旅使用於華東戰場，欲以此決定兩軍勝負，這個主觀幻想已接近於最後破滅。這次蒙陰勝利，在華東解放軍的歷史上更有特殊意義。因為：第一，這是打擊了蔣介石今天最強大的和幾乎唯一的進攻方向；第二，這是打擊了蔣介石的最精銳部隊；第三，這個打擊是出現於全解放區全面反攻的前夜……