萊蕪戰役之後，蔣介石就積極準備對山東解放區實行重點進攻。集中了24個整編師67個旅，約45萬人。並以3大主力，即整編第11師、整編第74師和第5軍為骨幹，編成3個機動兵團，擔任主要突擊任務。 以陸軍總司令顧祝同親臨徐州統一指揮。

敵人於3月下旬開始進攻，至4月下旬打通了津浦鐵路徐州至濟南段,進佔兗州至臨沂公路，侵佔了我魯南山區各個城鎮和交通幹線，隨即逐步向魯中山區進犯。

當敵發動進攻後，華野前委即揮師由膠濟路南下，積極尋機殲敵。4月下旬攻殲泰安之敵整編第72師主力，4月底，華野前指部署攻殲進至蒙陰附近敵整編第11師。敵人發覺我軍意圖，整編第11師迅速收攏集結，其它各敵紛紛向蒙陰附近靠攏，我軍預定決心無法實現，主力暫時向東北轉移。而我6縱無法越新泰、臨沂公路歸建，在此情況下，華野電令我縱隊插向魯南，隱蔽待機。進至魯南後,部隊以師為單位分散活動，以小部隊配合地方武裝消滅了幾股殘害群眾的土頑部隊和地主還鄉團。同時,協助地方黨政機關開展群眾工作。堅決執行了陳粟首長所作的隱伏敵後,不要過分刺激敵人，待機配合正面作戰的指示，沒有暴露目標。

敵見我主力東移，乘機前進，於5月10日侵佔了萊蕪、蒙陰寨、河陽等地。此時，蔣介石、顧祝同等錯誤地判斷我軍主力巳向淄川、博山及新泰、蒙陰東北撒退,決定乘機向東北挺進，以實現在魯中山區尋我主力決戰的企圖。敵第1兵團司令湯恩伯在得悉我主力東撤之後，一變其穩紮穩打的戰法，不待其他兵團統一行動，即以整編第74師、第25師為攻擊部隊，於11日分別自垛莊、桃墟地區北犯,12日佔坦埠;同時，以第7軍及整編第48師各一部由葛溝、河陽地區向沂水方向行動,策應第74師作戰，主力集結於湯頭、葛溝待機；以整編第83師一部由青駝寺向馬牧池方向進攻，掩護第74師右翼，主力控制於青駝寺附近為戰役預備隊;整編第75師仍駐防於蒙陰。這樣，敵第1兵團就在整個進攻部署中形成突出之勢。

11日晚，華野前指得悉敵整編第25師1個旅進佔黃鬥頂山，整編第74師佔領重山、艾山，一部犯我9縱隊楊家寨、孤山陣地;第83師一部佔孫祖，第7軍一部向沂水方向騷擾。敵74師的盲目冒進，使其兩翼出現了空隙。華野首長抓住這一有利時機，決心求開整編第74師於坦埠以南、孟良面以北地區。適於此時，接到中央軍委電示，“敵有向淄博等地急進模樣，你們應集中主力，待敵進至適當地點，不失時機發起反擊，首先解決一兩個師。依陝北經驗，敵 增授能力不大，如有一定間隙，以有力一部築工抗擊，可使敵人援軍根本不能增授。 ”

中央軍委的指示，更加堅定了陳粟首長和華野前委的決心。遂即以5個縱隊擔任主攻，4個縱隊擔任阻援，並先以第1、第8縱隊楔入敵74師兩側，割斷該師與第25師、83師的聯絡。戰役預定13日黃昏發起。

奔襲垛莊，完成戰役合圍

5月12日，正當我6縱應地方黨政機關和人民群眾的強烈要求，準備配合地方武裝攻擊白彥、城前之敵時，於16時，接到陳粟首長髮來“6縱回師晝夜兼程，飛兵向東北疾進，限14日夜間佔領垛莊，斷敵退路，完成戰役合圍;堅決阻擊敵整編25師和整編第83師的增援。保障主力圍殲整編第74師於孟良崮地區”的火急電令。

此時，我6縱東距垛莊約有240華里。縱隊受令後，即令準備攻擊白彥、城前的18師、17師部隊停止執行攻擊任務。並令18師53團2營攜電臺立即出發，偵察敵情，搜尋前進。當日19時，部隊稍事集結，即以18師在左，16師在右，縱隊率17師居中，向垛莊疾進。

13日，縱隊及各師於行軍間派人騎馬向部隊傳達政治工作指示。各級政治工作人員和廣大黨員，邊走邊動員。連、排、班長，幫助體弱同志扛槍背揹包，餓了啃幾口乾糧，渴了喝幾口河水。天上敵機臨空投彈掃射，兩側土頑頻繁襲擾,擋不住我滾滾鐵流。經過40多個小時強行軍，至14日午後，我18師從敵整編第25師與整編第83師之間,插到東西長命地區，在1縱右翼一部掩護下，從兩敵接合部間逼近垛莊。先行派出的53團2營，在垛莊以南彭家蘭子擊退敵整編第25師1個連，殲敵30餘人，已於14日上午佔領垛莊西南岱山寺西側無名高地。15日晨3時,18師53團1、3營和54團2營，分由西、北和正南，出敵不意地向垛莊突然發起攻擊，一舉突破，全殲守敵1個戰鬥輜重連，佔領垛莊，切斷了敵整編第74師的退路，並與左右第1縱隊和第8縱隊取得聯絡，封閉了合圍口。

阻敵增援，確保主力殲敵

蔣介石等人得悉第74師被我軍合圍，仍認為該師建制完整，戰鬥力強，又處在有利地形，且左右援兵均較靠近，是同我軍決戰的絕好機會。為此，蔣介石親臨徐州坐鎮指揮，一面命令該師堅守待援，吸住我軍主力;一面命令駐新泰的整編第11師，駐蒙陰的整編第65師，退至桃墟及以南地區的整編第25師，退至青駝寺的整編第83師，駐河陽、湯頭的第7軍及整編第48師等部，迅速向74師靠攏。並調第5軍自萊蕪南下，調整編第20師第133旅及整編第64師由魯南向垛莊、青駝寺前進，調整編第9師自大汶口向蒙陰前進，妄圖以10個整編師的兵力對我軍主力實行反包圍，既解74師之圍又殲我軍主力一部，“奏奇功於一役”。

我6縱在18師迅速奪取垛莊，完成戰役合圍的同時，16師(欠後衛團)主力迅速搶佔黃崖山、狼虎山，協同北面的1縱阻擊部隊，堅決阻擊敵整編第25師向孟良崮增援；17師插向東南，佔領大望山、牛頭山，並以一部繼續向東南前進，佔領大朝山及其以東的侍郎宅，瞰制公路，阻止敵整編第83師北援16師46團及縱隊特務團為縱隊預備隊。縱隊在大山1寺西側高地設立前線指揮所，直接指揮各部作戰。

16師48團受命後，即以步兵第3營輕裝向黃崖山奔去。走在前衛的9連連長瞿祖生率領全連於15日拂曉從黃崖山東側爬上山去，擊退敵約1個排，佔領了山頂。不久，敵約1個營在縱深炮火支援下，向黃崖山發起衝擊。當敵接近山頂數十米處，被9連一陣手榴彈和機槍、湯姆槍的掃射，又遺屍數十具潰下山去。10時許，敵以約兩個營的兵力進攻550以南無名高地，企圖衝開一條通路，繼續向東進攻。此時，48團3營已全部上山展開，進攻之敵遭我無名高地上的7連正面阻擊及佔領狼虎山、城牆山第47團1營的火力側擊，傷亡慘重，被迫後撒。

敵整編第25師兩次進攻均被擊退後，猶不甘心，於11 時25分,又以兩個團的兵力，同時向黃崖山、無名高地、狼虎山、城牆山發動進攻，並召來野馬式戰鬥機兩架，向我各山頭投彈、掃射。敵步兵衝上山腰繼續進攻時，我47團1連在輕重機槍火力掩護下，一個反擊，將敵打下山去。不久，敵再次發動進攻，一部分敵人衝上黃崖山。我48團阻擊部隊在山頭與敵進行白刃格鬥,再次將敵人打下山去。下午3時,師命47團接替48團的阻擊任務，同時以46團1營佔領玉皇頂，46團其餘部隊接替狼虎山、城牆山、睡虎山陣地，48團撤至西長命以西擔任縱隊預備隊。傍晚，敵第25師以約兩個旅的兵力，再次發動猛攻，第一線4個營被我擊退後，第二線部隊接著進攻，企圖置我於無喘息之機，衝過我阻擊陣地。我47團、46團在各高地頑強作戰、打垮敵一次又一次的連續衝擊，利用戰鬥間隙整頓組織，蒐集彈藥，搶修工事。敵第25師多次猛攻，傷亡慘重，被迫暫停進攻。夜間，敵一股企圖利用夜幕掩護從睡虎山以南繞道東進，被我預伏於石屋山、老峪一線的部隊發現擊退。此後，敵第25師再也無力進攻，無計可施，只好眼睜睜地看著整編第74師被我圍殲。

處於南面青駝寺地區的敵整編第83師，在2縱及8縱一部的嚴密監視下，僅以少數部隊沿公路向北進行試探性進攻。遭我大朝山、侍郎宅之線的51團1個營側擊，被迫縮了回去。

攻上孟良崮，擊斃張靈甫

華野前指鑑於敵人調動10個師的兵力向孟良崮增援，而且多數敵人距孟良崮僅一兩天路程，戰況十分緊張。當即命令各阻援和牽制部隊堅決阻住援敵，主攻集團加速猛攻，一定要在援敵趕到前徹底殲滅第74師，決不讓1個敵人跑掉。

迅速殲滅74師，已是本戰役的關鍵。我6縱首長考慮到南面整編第83師行動很不積極，西面整編第25師遭受嚴重打擊，已經不能構成嚴重威脅，而我18師奪取垛莊，逼近被圍74師，全師保持了完整的戰鬥力，縱隊特務團亦可加入攻擊，17師以一兩個團足夠監視對付第83師。因此，於15日晨向野戰軍首長主動請戰，要求我6縱從孟良崮西北、正西和西南加入攻擊。野戰軍首長批准了這一要求。縱隊即令18師分別向橫山、官山、業家溝、大山場之敵發動猛攻，得手後，繼續向600高地、540高地進攻，將敵逼至孟良崮，爾後配合友鄰全殲之。17師留51團於大望山、大朝山之線以及原有50團佔領的牛頭山，嚴密監視敵第83師，勿使該敵靠攏主戰場。該師主力則由南向北攻擊，沿萬泉山西坡及橫山東南無名高地，向620高地和孟良崮進攻。 16師主力繼續於黃崖山、石屋山之線阻擊敵第25師東援，位於西長命及其西南地區的48團，擔任縱隊總預備隊;縱隊特務團歸18師指揮,於18師左翼奪取540高地,再向東打，直至攻上孟良崮。江渭清政委提出響亮的口號：“攻佔孟良崮，活捉張靈甫!”並指示用《火線報》最快地將戰役形勢、任務和這一口號傳達各個連隊。

15日8時，我18師53團、54團主力分別向橫山、官山、業家溝、大山場之敵發起猛攻。守敵在飛機掩護下節節頑抗。我攻擊部隊抓住敵機轟炸間隙，波浪般向敵攻擊，戰至10時許,53團攻佔橫山、官山；54團在業家溝以西擊退敵兩個營的3次反擊，與敵對峙。師即令53團2.3營配合54團再攻業家溝，在我猛烈的炮火急襲下，各突擊隊突入敵陣，殲敵大部，殘敵被迫向540高地退去，我直逼敵核心陣地。與此同時,17師49團、50團，攻佔橫山東南一線無名高地，並在萬泉山西北鞍部，殲敵1個多連，繼沿山背兩側，仰攻蘆山以西620高地。

16日4時，敵向東移動，企圖突圍。華野首長命令各部提前全線總攻。18師將52團在54團與縱隊特務團之間加入戰鬥，攻至540高地前沿時,遭敵反撲,2營5連奮勇擊退反撲之敵，並乘機跟蹤攻佔540高地。5連5班長張啟祥率全班佔領540高地後，繼而率全班向西北猛撲東540高地，從側後突入敵陣地，突破敵兩個連的防禦，俘敵1個排,支援縱隊特務團迅速攻佔西540高地，戰後被評為華東一級人民英雄。54團由大山場、楊家莊攻擊前進，一舉攻佔東540高地。53團在橫山東北向蘆山方向攻擊時，遭到620 高地之敵的反撲，打退反撲之敵後，在49團、50團的協同下，攻佔620高地，殘敵 向蘆山退去。53團又跟蹤追擊，配合8縱部隊攻佔蘆山。當敵1500餘人再次向西突圍，我53團和54團又予全殲。敵3次突圍不成，傷亡累累，建制大亂，我各路突擊部隊乘機將殘敵壓至孟良崮主峰和600高地，敵糧盡彈絕，人飢馬渴，士氣低落，陷入絕境。

16日下午，野指調整部署，以1、4縱由北向南，9縱向西南,8縱向東南，6縱由西、南兩面，全面向孟良崮、600高地發起總攻。並令各縱山炮、迫擊炮不計消耗，集中火力向孟良崮、600高地猛轟。

15時，密集的炮火，從四面八方飛向孟良崮、600高地。敵人遭此密集的射擊，人員南奔北逃，馬匹東逃西躥，互相殘踏，紛紛倒斃。我各總攻部隊衝鋒號聲此起彼伏，響徹山頭，衝擊的步兵，從四面八方湧向孟良崮、600高地，我縱18師及縱隊特務團首登孟良崮西坡。特務團3連在副團長何鳳山率領下，攻至孟良崮山腰部，發現1個小小的山洞，洞外倒斃數具警衛模樣的敵屍，判斷此處可能就是張靈甫的指揮所。何鳳山命令向洞內喊話，3連指導員邵至漢和戰士們一起向洞口高喊：“張靈甫快投降！” 喊聲剛停，一梭槍彈射向洞外，3連指導員和數名戰士不幸中彈犧牲。我3連指戰員怒火沖天，手榴彈、機關槍、卡賓槍對著洞內一陣猛投猛射，接著，戰士們衝進洞內，只見敵屍狼籍，血汙滿地。戰士們翻檢敵屍，見1個兩肩披著雙星的大官，檢視胸符，原來就是敵中將師長張甫靈。他左腕上的手錶，指明5時零2分。此時，天降大雨，敵機無法臨空，我軍搜尋殘敵。約17時30分，號稱“五大主力之一”的蔣介石的“王牌”整編第74師被我軍全部、乾淨、徹底地消滅，共擊斃13000多人,俘虜近20000人。我6縱殲敵5700餘人，其中俘敵近2000人，並擊斃敵酋張靈甫，為漣水之戰我陣亡將士報了一箭之仇。為孟良崮戰役的勝利和粉碎敵人重點進攻作出了重大貢獻。戰後，陳粟首長表揚說，“殲滅74師，6縱立了大功”。

孟良崮戰役的勝利，給敵以極大的震驚。蔣介石含淚哀嘆第74師的被殲是“無可補償的損失”。為此，第1兵團司令湯恩伯被撤職，整編第25師師長黃伯韜因“救援不力”而受到了處分,整編第83師師長李天霞也因未能完成任務，被撤職查辦,交軍法處會審。

孟良崮戰役的勝利，標誌著蔣介石所謂“重點進攻”新戰術的開始破產，極大地鼓舞了全國其它各戰場我廣大軍民的鬥志，促進了全國大反攻之勢的迅猛發展。