华东野战军攻城东兵团攻占茂岭山和砚池山后，立即向济南外围城垣发起攻击。王耀武命令守军在马家庄一线建立阻击阵地。东兵团攻击部队集中炮火掩护步兵反复冲锋，一度占领了马家庄的一半阵地。王耀武命令十九旅上来增援。东兵团的官兵利用房屋作掩护阻击十九旅，十九旅则在房屋墙壁上打洞强行推进，致使马家庄一线每房必争，双方都付出了很大的伤亡。十九旅旅长赵尧亲手枪毙了十几个溃兵，但依旧不能阻止士兵怯战。战至午后，赵尧负伤，十九旅“死尸累累，伤兵后运，络绎不绝”。
就在战斗胶着的紧急时刻，王耀武听到了一个令他彻底绝望的消息：负责济南城西防御的整编第九十六军军长兼整编八十四师师长吴化文被共产党人策反倒戈了。
9月19日晚，吴化文率整编第九十六军军部和整编八十四师师部以及第一五五旅、一六一旅、独立旅等部约2万人宣布起义，并将济南机场和周围防区移交给了宋时轮、刘培善指挥的攻城西兵团部队。
吴化文倒戈后，王耀武立即派特务团、装甲汽车连加强司令部的警卫，同时分别给蒋介石和刘峙打电报报告吴倒戈情况。此时，王耀武“固守”济南的决心虽然已经动摇，但他还是连夜拟定了固守待援的方案。
9月20日，济南外围防御据点已被全部扫清。华东野战军准备攻城了，血战即将开始。
三
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。
