五月十一日，汤恩伯第一兵团北进。
参谋向他禀报，整编七十四师奉命主攻坦埠之后，进速超过了兵团部的规定，突出于大部队之前三十公里。兵团部电令止步，等待左右友邻靠近后再前进。但得不到回电。
汤恩伯担心有失，急忙轻车简从追上整编七十四师尾部。问跑在最后的一个士兵道：
“你们跑这么快干吗？谁下的命令？”
那个士兵名叫卞万才，眼里除了他们崇拜的张师长，连蒋介石也不放在眼里。当即傲慢地说：
“我们师长说了，谁跑在最前面，谁活捉了粟裕，谁就连升三级！”
“胡闹，当心你们把命丢了还不知道怎么丢的！传我的命令，部队立即减速缓进！”
“你是谁？是师长的副官吗？”
“我是你们的司令官！”
“司令官算哪路神仙？你怎么不说是蒋总裁呢？拉倒吧，没有张师长的命令，谁说的都不算数！”
汤恩伯气得暴跳如雷。本欲掏枪打死这个中了张灵甫邪的狂徒，又怕激变大批士兵，会不问青红皂白向他开火。整编七十四师都是狂徒，什么干不出来呀。便挥手对司机说：
“好好好，我们回去，让张灵甫给共军当靶子去吧！”
五月十二日早晨，浓雾笼罩鲁中大地。
五点十二分，张灵甫率部由重山、艾山间渡过汶河，向黄鹿寨、佛山、三角山、马牧池一线前进。他们距坦埠越来越近了。
十二日夜晚，华野在夜幕掩护下，向整编七十四师发起试探性攻击。
张灵甫十分镇定，顾左右而说大话：“大家不必大惊小怪，共军想碰我们，恐怕还没这个胆量吧？放出信号，让他们知道我们是七十四师！”
然后命令先头部队五十一旅以炮击为先导，向当面的华野许世友九纵阻击阵地主动攻击。
九纵的第一项任务是牵引整编七十四师前进。既不能让其攻击进展速度过快，以便给穿插分割敌人各部的其他纵队争取时间；也不能太过有力地回击他，把他给打回去了。交代任务时粟裕反复叮咛许世友要切实掌握好火候。所以许世友在守卫阵地的同时，有时也适当反攻，然后佯装不支放弃阵地后撤。这便使张灵甫误以为华野部队根本无力阻挡他的脚步。
十三日拂晓，整编七十四师依旧以五十一旅为前锋攻击前进。在佛山、马山又遭许世友部阻击。中午，整编七十四师攻占了马山；九纵七十四团大崮山阵地也继之丢失。但黄昏时九纵又将大崮山夺回。
在拉锯战中，整编七十四师两天之内仅前进了四公里。
华野各纵队也按照各自的任务，掩旗衔枚飞速行动。叶飞一纵以小部队阻击整编二十五师的同时，主力从整编二十五师和整编七十四师之间向敌纵深迅猛穿插，先后攻占了蛤蟆崮、天马山、界牌；另一部逼近蒙阴城，构筑起阻击整编六十五师的工事。
连夜的大雾，整编七十四师虽然察觉侧翼出现了运动中的大部队，竟以为是整编二十五师在向他们靠拢。其实那是王建安华野八纵刚从整编七十四师和整编八十三师之间的空隙穿插而过。
王必成六纵攻取垛庄十分关键。
那里是整编七十四师的后方仓库，粮食、军火的补给点；更重要的是万一整编七十四师遭遇不测，那里又是它安全后撤的通道———是沂蒙公路上赖以进退的唯一通道。战斗一打响，这个名不见经传的小村落立刻吸引了国共双方主将的关注。
王必成是华野著名虎将，以敢打硬仗著称。蒋军发起“重点进攻山东”之初，华野大部队后撤，粟裕不知出于什么考虑，命王必成率部潜伏鲁南待机，等候重要任务。难道那时粟裕就料定了今天的战役格局？当然不会，他又不是诸葛亮。那又是为什么呢？笔者猜不透。
王必成接到粟裕“星夜飞兵，兼程北上”电令之后，率三万健儿在崎岖的山路上急行，在敌占区隐蔽前进两昼夜，奔跑二百四十公里，抵达垛庄附近。
再说李天霞整编八十三师的情况吧。
根据李天霞密令，五十七团团长罗文浪派少校团副王寿衡率兵一连，携报话机一部，冒充整编十九旅全部，慢条斯理踱向沂水西岸。
五月十一日，汤恩伯几次电询整编十九旅全旅是否遵令开抵位置并严令不得玩忽。
李天霞心里多少有些惧忌，只得教罗文浪率全团进至垛庄以南之老猫窝山地，虚应整编七十四师右后方掩护之责；同时教罗文浪以整编十九旅“前锋团”名义直接受张灵甫指挥。
十三日黄昏，罗文浪团长风闻整编七十四师不仅没再冒进，反倒退至垛庄东面孟良崮山地。
原来，张灵甫发现了华野约有十二三万人马逐渐对他形成了合围之势，大为惊惧。稍一权衡，暂时放弃了向近在咫尺的坦埠进军的计划，命令部队向垛庄、孟良崮后撤。
张灵甫接到李天霞电报后，对所称“十九旅已在贵师右后侧，请灵甫兄直接指挥”，不禁一喜一忧。喜的就不必说了；忧的是李天霞派来的部队究竟是否果真为一个整旅，他实在不敢轻信。他接通了“整编十九旅”步话机，意欲核实一下。
接话的是罗文浪，口称旅长在“前沿”。
张灵甫问，我整编七十四师右后侧也就是沂水西岸究竟有多少你们的部队？
罗文浪怕以后担干系，只好支吾其词，称“先锋团”已在此……另有两个团零一个直属营正在次第“跟进”“不日”即可到达指定位置。
张灵甫可不是那么容易糊弄，立刻猜到了只有一个团。不禁大怒，说：
“你们搞的什么名堂？现在右翼出了问题，我师有一个旅撤不下来，就是你们在右后侧毫无作为。现在导致共军大部过了河，对我有可能形成包围。我已经向国防部、参谋总部告了状！出了大事，你们吃不了兜着走！”暴躁吵嚷一阵之后，改用温和的语调说，“霞公（李天霞）是我的老长官，我对他是有感情的！他上次在苏北战败受到撤职留用处分，我心里非常难过；他现在又来玩花活，这怎么得了呀！你要赶紧转告他，尽快设法补救！协助掩护我的整编五十七旅撤过来，大家站住了脚，就不怕了！”
不料罗文浪也胆大包天，没向李天霞转达这些话。因为他也有自己的小算盘。他所带的这一个团，是在苏北两度遭到歼灭的残破部队，原来的团长被俘，无人收拾残局。他是由师的副参谋长派去做团长的。全团装备不全，士气不振；第三营是由伪军改编的。这个团是全师的鸡肋，战斗力最差。罗文浪也明白自己并非李天霞旧部。自进入山东以来，总是派这个团打头阵，纵然全团完了，于全师实力也无什么大的损坏，李天霞还可以用这个来向上要求整补。他意识到李天霞这次要用这个团做牺牲，以搪塞汤恩伯、张灵甫。
后来又接到汤恩伯电话，也是问旅长在不在。
罗文浪又把对付张灵甫的话重复了一通。
汤恩伯说：“飞机报告，共军出现在垛庄。是不是这样？”
罗文浪回答：“垛庄没有出现共军，现在驻防那里的是整编七十四师的辎重营和通讯营。黄昏前，我军飞机向可疑地段扫射了一阵，没有任何反应；刚才部下我还和整编七十四师通讯营廖营长通了电话。”
汤恩伯听了，稍许放了心。教罗文浪转告张灵甫，垛庄一定要切实占领，至为关键。
罗文浪不敢对汤恩伯玩花活，忙接通了整编七十四师步话机。
接听的人是副师长蔡仁杰。
蔡仁杰只回答知道了，便撂下了电话。
事实上，那时整编七十四师已无力顾及垛庄。部队退至孟良崮、芦山地区，不得不把美制重炮和许多现代化装备扔下了。
华野王必成六纵于十四日下午五时开始攻打垛庄。
汤恩伯情知不妙，下令死守垛庄。
整编七十四师抽出一个团，窜往垛庄加强守卫力量。不料，这个团前往垛庄途中遭遇华野六纵十八师五十三团。短兵相接之下，整编七十四师这个团垮了，团长也被活捉。
然后，六纵一举拿下了垛庄。
如此，整编七十四师退路完全封断。
华野基本完成了对整编七十四师的包围。
华野司令部里欢欣鼓舞，大家绷紧的神经松弛下来，脸上也有了笑容。年轻的参谋们互相的交谈里总夹杂着这样的话头：
“终于围住了！”
“看他张灵甫还嚣张不！”
“这次一定教他片甲不留！”
“真是‘毛主席当家家家旺，粟司令打仗仗仗胜’！”
这最后一句嘀咕是苏北七战七捷期间苏北老百姓贴在自家门上的对联，早就被粟裕严令纠正过了。此刻依旧为战事牵引着全部思维甚至听觉的粟裕不知怎的居然听见了。立刻走进前，双眉倒竖，肃然道：
“请同志们尊重我的意见，我早在苏北就说过这样评价粟裕是完全不合适的！大家为什么还要这样说呢？这可不是抬举粟裕，是把粟裕抬到不切实际的高台上———高处不胜寒呀！我现在再纠正一次：这句对联的上联是正确的，而且好得很；下联完全不切合实际，而且与上联并列更是绝对错误的！我党我军能与毛主席的光芒同映同辉的同志，不要说是粟裕这么一只萤火虫，即使是朱总司令、少奇同志、恩来同志也不能！我今天在这里向大家说清楚，要是再听到谁这么说我就处分谁！”
刚好此时饶漱石进来。听见了粟裕的话，禁不住笑了。他说：
“大家不可过早乐观，这次的战役不同于以往———只要是战役合围完成，胜券也就在握了；这次战场态势特殊呀！我军五个纵队包围了整编七十四师；而在外围，敌军却有十个整编师（军）包围着我军。整编七十四师是蒋介石的五大主力之首，战斗力不可低估。而且他们现在退守的孟良崮及其周围山地，山峰陡峭，主峰海拔五百米以上，巨岩累累，土质坚硬如石，易守难攻。战斗如果不能速决，旷日持久之下，蒋介石向外围增兵一旦开始，我军是很危险的！”
粟裕说：“饶政委说得很对呀，同志们！大家切不可有丝毫松懈情绪，要高度警觉，把最后的歼灭战打好！”
山东战场意外出现的这种少见的战役格局，也惊动了国民党高层。
粟裕的五个纵队出其不意包围了张灵甫整编七十四师，这让蒋介石大吃一惊；接着又获悉国军十个整编师（军）对粟裕的五个主力纵队完成了反包围，这便打消了他的惊恐，进而引起了他的一个新思考：以孟良崮为中心，在整编七十四师外围，是共军的包围圈；而在构建这个小包围圈的外围，国军形成了一个更大的包围圈。狭窄的地域内，犬牙交错地摆放着国共两军数十万部队，交战双方的距离如此之近，层层叠叠，错综复杂。他逐渐意识到一个千载难逢的战机出现了。
他立刻飞临徐州督战，兴致勃勃地代替顾祝同做出安排。
他说，整编七十四师战斗力很强，不是粟裕短时间拿得下来的。外围包围圈的国军不论是从兵力还是从装备来说，吃掉粟裕那五个胆大妄为的纵队完全可以胜任；现在我已告诉陈诚，再从福建抽调两个军兼程北上，不日即可抵达鲁中，加强外包围部队力量。这个叫作“磨心”战术，整编七十四师就是石磨的中心。叫张灵甫紧紧咬住包围他的那五个纵队共军，等待内外夹攻时机的到来，建不世之功。顾总司令，请你命令新泰整编十一师、蒙阴整编六十五师、桃墟整编二十五师、青驼寺整编八十三师、河阳第七军和整编四十八师火速推进，向整编七十四师靠拢；同时令莱芜第五军疾速南下、鲁南整编六十四师和整编二十师向垛庄、青驼寺推进，楼德整编九师填驻蒙阴，增强包围圈厚度。
蒋军调动了庞大兵力在孟良崮外围加强反包围，与孟良崮整编七十四师的距离，近的不到十公里，远的也只有一两天行程。
粟裕感到战场形势十分严峻。眼下，胜负的关键在于两点：
—，围歼整编七十四师能否尽快结束战斗；
二，阻援部队能否成功挡住外包围圈蒋军的进攻。
饶漱石打电话给指挥一纵、四纵、六纵以及野司直属独立师主攻孟良崮的一纵司令员叶飞，说：
“敌人派重兵把我们给反包围了，如果外围几十万敌人与核心位置的张灵甫三万人马内外呼应，情况将会越来越严重！战场的要害在孟良崮，如果及时攻下了孟良崮消灭了整编七十四师，全盘棋就活了，粟司令员就有了充裕的空间转兵分割吃掉外围敌军的条件，我们就能创造我军空前伟大的战绩！叶飞同志，你们肩上的担子很重呀，华野的生死存亡在此一举，你们要尽快拿下孟良崮———不惜一切代价！”
放下这个电话，又接过了参谋刚接通的许世友电话。许世友九纵打完阻击之后，奉命从东北方向攻打孟良崮，支援叶飞。
饶漱石对着话筒大声强调道：“许世友，你要不惜一切代价，奋力攻打孟良崮！”
十四日上午，叶飞指挥一纵和野司直属独立师，猛攻孟良崮。
在华野强大的攻势下，整编七十四师向山上撤退。
粟裕立即打电话给叶飞，说：“张灵甫开始后撤；但是战场形势有一些局部变化，八、九、六三个纵队不可能马上到达，你暂时须独立支撑局面，尽快攻占孟良崮，封住张灵甫向山后溜掉的逃路！”
叶飞随即命令一师三团留守黄斗顶山一线阵地，其余两个团配合三师向山上攻击前进。
敌我双方在山坡上、岩石旁尸体枕藉，血流成渠。
整编七十四师副师长蔡仁杰，在烈日炙烤下，满脸油汗，歪斜在头上的瓦蓝色美国钢盔溅了几点阵亡官兵的血迹。他形容憔悴，愁云满面。方圆不到五公里的孟良崮，挤着两万多人马；共军一发炮弹随意飞来无论如何也要打倒一大片。粮食全靠空投，越来越接济不上；更严重的是饮水短缺，有的官兵开始喝马血了，接下来只有喝自己的尿。而嘴里滴水未沾，哪来的尿呢。蔡仁杰最担心的是呆头呆脑的张灵甫会死拼下去，葬送全体官兵性命。
半小时后，使蔡副师长略感欣慰的是孤傲不可一世、万事不求人的张灵甫开始向友邻部队求救了。