吴化文的战场起义，使济南城防西线敞开了一个口子，城内守军不得不调整部署以封堵缺口。在这种情况下，我军必须连续突击，决不能给敌人以喘息的时间。9月20日，粟裕电告许世友、谭震林以及十纵司令员宋时轮、政治委员刘培善：“战局可能迅速发展，望令各部就现态势以三纵、十纵及十三纵并力迅速向商埠攻击，得手后则全力攻城。”许世友命令西兵团当晚对济南城西守备区商埠发动攻击，并将总预备队周志坚的十三纵投入到这个作战方向。
就在许世友即将发动攻击的时候，中央军委致电粟裕、陈士榘、唐亮、张震，提醒他们必须保障济南外围的安全，因为吴化文已经起义，而攻城兵团又即将发起攻击，王耀武很可能向天津或青岛或临沂等处突围逃跑。为此，粟裕迅速调动打援兵团在济南外围形成了三道防线，并将叶飞的一纵主力放置在济宁与兖州之间适时机动。
在此情形下，王耀武分别给徐州和南京发出电报，提出了向北突围的请求。结果遭到蒋介石的严厉斥责，要求务必固守。
王耀武看完电报，在“固守”二字旁画了4个圈，在“援军”二字旁画了4个叉，然后对参谋长罗幸理说：“7点召开旅长以上军事会议，决定死守。”
会议气氛惨淡。王耀武说：“老先生是英明的，我们要相信他。济南是战略要地，他责令我们固守，杜副司令已亲自督率邱清泉、李弥、孙元良等三个兵团来援。只要我们能坚守一个星期，援军定可到达。我们应当听从老先生的指示，尽力坚守。”
一散会，王耀武下令征召城内壮丁补充部队，将老幼妇孺全部疏散，并且在攻守双方的分界线上设立明显的标志，以利于空军大面积的轰炸。除此之外，他还做了一件特殊的事，这件事显示出他内心极度的不安和矛盾：他打电话给军法处和军事监狱，命令将所有在押犯人全部释放。对于关押的共产党员和俘虏的解放军官兵，军官发给金圆券5元、士兵3元，全部送出城去一个也不许伤害。
9月20日，皓月之下，炮火骤起，呐喊震天。我军攻城部队从西、南、北三面对商埠发动了猛烈攻击。
从北面首先插入商埠的，是宋时轮的十纵二十九师八十五团。副团长刘竹溪率领先头营冲到官扎营东口和天桥以西时，遭到了天桥至火车站一线守军的火力阻截。这时，三营和特务连上来了。三营长刘振溪报告说，七连的看护员李恩海是济南人，对这一带路很熟悉，可以当向导。在李恩海带领下，三营和特务连迅速绕过天桥，穿过铁路，插到了馆驿街与小纬一路的十字路口。刘竹溪把八连和特务连留下攻击街心的碉堡，其余部队沿馆驿街北侧继续向东前进。大街上到处是守军的街垒和火力点，他们不得不采取从街巷和院落中横穿而过的方式。他们携带着大量的小炸药包，这种小炸药包大的八九斤，小的只有三五斤，既可以炸碉堡，也可以对付坦克。在巷战中，把小炸药包往墙上一贴，爆炸后就形成一个洞，横穿居民区的时候，一连串地炸下去，就可以形成一道由若干个洞口组成的“胡同”。三营穿越馆驿街，经顺河街继续向东，看见了济南外城城墙。
在炮火的掩护下，突击队员抱着炸药包，冒着守军的反击炮火，越过电网和壕沟，对西南卡子门连续爆破9次，终于将城门炸开一个缺口，后续部队迅速拥入。至午夜12时，三纵和鲁中南纵队的各突击部队已全线突破商埠防御阵地，开始向济南城中心地带推进。
天亮的时候，当八师攻击到经四路与纬八路交叉路口时，街心的一座坚固街垒横在前进的路上。师长王吉文得知攻击受阻后，跑到了前沿。路口弹如雨下，一颗炮弹在王吉文附近爆炸，一块弹片嵌进王吉文的左肺。王吉文从昏迷中苏醒过来后，发现军医正在给他打针，便说：“不要给我打针了，快去前面抢救负伤的战士，他们治好了还可以参加战斗!”王吉文拒绝上担架，让担架队赶快上前沿去把受伤的战士抬下来。王吉文躺在这个硝烟弥漫的路口，直到血流殆尽。
