在我军以往的战役中，一般只要对敌人达成了战役合围，胜利就算基本有把握了。但是，这次战场态势特殊。我军五个纵队包围着敌第七十四师，敌军却有十个整编师(军)包围着我军。第七十四师为敌“五大主力”之首，其战斗力不可低估，且该部所退守的孟良崮及其周围山地，山峰陡峭，主峰海拔在五百米以上，岩石累累，土质坚硬，易守难攻。因此，攻占垛庄后，陈总和我虽都松了一口气，但鹿死谁手，尚待决战。我立即带领少数参谋、机要人员，将指挥所向前推移，进入山沟，以便密切观察和指挥战事。
果然，当敌第七十四师被我包围后，蒋介石认为该师战斗力强，处于易守难攻的高地，临近有强大的增援兵力，正是与我华野决战的好时机，便一面命令第七十四师师长张灵甫坚决固守，以吸住我军，一面急今新泰之第十一师，蒙阴之第六十五师、桃墟之第二十五师、青驼寺之第八十三师、河阳之第七军和第四十八师火速向第七十四师靠拢;又急今莱芜之第五军南下，鲁南之第六十四师和第二十师赶向垛庄、青驼寺，楼德之第九师赶向蒙阴增援，企图内外夹击，与我军决战。张灵甫亦自恃建制完整，又处于战线中心，外有大量援军，要求空投弹药，依托山头高地固守。在蒋介石严令督促下，蒋军各路援兵，一齐向蒙阴东南急进。
这时的关键，一是围歼第七十四师能否迅速解决战斗;二是阻援力量能否挡住敌之援军。根据战场形势发展，陈毅同志当即发出了“歼灭七十四师，活捉张灵甫”的响亮口号。广大指战员立下“攻上孟良岗，活捉张灵甫”“消灭七十四师立大功，红旗插上最高峰”的誓言。各级指挥员到第一线督战，作战形式主要转入了阵地战。
围歼战是一场剧烈的阵地攻坚战。我军于十五日下午一时发起总攻，从四面八方多路展开突击。敌第七十四师和第八十三师十九旅五十七团麋集于孟良崮、芦山及附近山地。依托巨石，居高临下，不断对我发起反冲击。从战术上来说，依托阵地的反冲击，可以给对方以相当的杀伤，何况我军为了争夺每一个山头、高地，要从下向上仰攻，每克一点，往往经过数次、十数次的冲锋，反复争夺，直到刺刀见红，其激烈程度，为解放战争以来所少见。
我军发扬英勇顽强的战斗作风，逐次粉碎敌人的顽抗，缩小了包围困。张灵甫在我军强大攻势的重压下，组织了大规模的反击，先向南，又向西，后向东寻隙冲击，试图突出重围，均被我军击退，并遭到惨重杀伤。十五日晚，敌军已被压缩于东西三公里，南北二公里的狭窄山区。该地草木极少，水源奇缺，敌人空投的粮弹和水囊又大都落到我军阵地，数万敌军已处于极端饥渴难支的狼狈困境。
