1947年3月，在国民党军对解放区进行全面进攻的意图失败后，改为集中优势兵力，对陕北与山东实行重点进攻。其中，在山东战场爆发了一场震惊中外的孟良崮战役。
战役初期军情，国民党重兵压境
国民党方面集中了24个整编师，一共40多万余人，企图快速歼灭华野主力，解决苏北问题。其中第1兵团8个整编师共计20万人由司令官汤恩伯指挥，是这次进攻的主力。这个主力中就包括了整编74师这支国民党的王牌精锐。
起初敌人既有数量上的优势，还有装备上的优势，而且稳步推进，黏在一起很不好打。对此中央军委曾多次指示：“敌军密集不好打，不要性急，不要分兵，保持耐心，寻找歼敌机会。”等到敌方整编74师贪功冒进时，这个机会终于来了。
敌整编74师遭遇华野主力
整编74师是一支完全采用美式装备的精锐部队，而且身经百战，战斗力极其强悍。起初师长张灵甫做梦也没想到解放军竟然会先拿他先开刀。5月11日，华野总部获知主力恰好位于74师的进攻正面，于是粟裕迅速决策，拿出5倍于敌的兵力进行加以围歼，并派出大量兵力在外围阻敌增援。而战场外围，正是国民党的40多万大军。
在战役初期，张灵甫本来有逃脱的机会。当他听到74师将被合围后，非但没有立即组织撤退，反而认为解放军根本就吃不下他，打算把自己作为诱饵，计划死守孟良崮，让自己成为一颗钉子拖住共军，有利于国民党军从四面夹击，认为这是歼灭华野主力的好时机。只是他过于自信了，粟裕以雷霆之势速战速决，并不给他这个时间。
华野主力包围74师，并阻敌增援
进攻初期，由于74师居高临下，而华野是仰攻，战斗打得十分艰难。然而，由于张灵甫的冒进，在离开战略要地与补给地垛庄时，他只留下了一个连防守，然后就凭着谜一样的自信没有一点犹豫地向孟良崮前进，此可谓是一大败笔。而粟裕就抓住了这个有利战机，命令隐藏在敌重兵集团中的华野第六纵队火速行军，终于在5月15日凌晨，在华野一纵的帮助下强占了垛庄。在同一时间，华野第八纵队也攻占了万泉山。此时，对敌整编74师的合围完全实现，张灵甫已经是退无可退了。
虽然敌整编74师被合围，但是要吃掉它确实并不容易。蒋介石也认为虽然此时的74师被合围很危险，但已经据守高地，应该可以等得到援军的到来。在正面进攻中，解放军的伤亡十分巨大，而且外围还要阻击几十万国民党大军，这根本就是一场豪赌。在具体战斗中，有不少一线指战员反映伤亡太大，打不下去。不过华野总部却下了死命令“就算部队打光了也要打！”因为这时正是全歼敌人王牌师的最好时机。
夺取垛庄与万泉山，成功合围74师
整编74师被包围得密不透风，在几轮猛烈地进攻之后，加上外面的阻击也令国民党增援部队寸步难行，张灵甫终于意识到了自己有被全歼的风险。此时他着急地直接用明码给附近的友军黄百韬通话：“我这里非常危险！请你赶紧马上打过来救援我！”黄百韬却只能回答说：“我这里再也没有办法突破敌人的防御！你赶紧打出来跟我会合！”
此时情况万分危急，在南京的蒋介石终于坐不住了。他亲自飞往徐州坐镇，并派遣白崇禧和陈诚两员大将前往靠近前线的临沂督战。即便如此，由于派系众多，张灵甫平时为人高傲，依然有较大一部分国民党军未拼尽全力去救援。其中离他最近的25师李天霞因与张灵甫有私人矛盾最终选择看戏，只派出了一个团前去做个样子糊弄人。
华野主力的外围是40多万国民党大军
虽然敌整编74师的现状万分危机，但华野主力的情况也同样不容乐观。在华野主力外围是40多万国民党大军，一旦发生意外，后果不堪设想。这种情况前线指挥官粟裕非常清楚，而远在万里外的毛主席一样十分担忧。取胜的关键就在于时间，在于速战速决。否则，时间拖久了，一旦敌人成功救援并对华野完成合围将十分不妙。
15日13时，华野总部下达了对敌74师父发起总攻的死命令，各部队从四面八方多路攻击。敌人虽然在竭力反抗，阵地一次一次地反复争夺，但由于寡不敌众，74师无力回天，最终被华野全歼。在这次战役中，敌军中将师长张灵甫被击毙，整编74师从此覆灭。此战役过后，王牌部队被歼歼灭，国民党军的鲁中决战计划也宣告失败。
