撤退，如部署不周密，掌握不确實，就會受挫折。
應周密部署，并派強有力的部隊做後尾及側後的掩護。
固守吐絲口的新編三十六師必須堅守原陣地，以此作為北撤部隊的依托。
我當嚴令王叔銘（時任國民黨軍空軍副總司令）指揮空軍集中力量轟炸掃射，竭力掩護部隊轉移，并祈上帝保佑我北撤部隊的安全和勝利。
”
野指獲悉敵突圍決心後，即下令阻擊部隊略向後縮，以誘敵出城。
陳毅又接見從敵整編第四十六師歸來的劉貫一，将作戰步驟告訴了他，要他在我軍攻殲李總部時阻止韓去增援。
為了求得此次戰役的徹底勝利，陳毅要他和楊斯德繼續留在韓部積極活動，動搖韓部軍心，并要防備對方在緊急情況下可能翻臉而産生的危險。
最後，陳毅深情地對劉貫一說：“我代表黨中央和華東局，向你們兩位同志表示黨對你們的态度。
黨對同志們是非常愛護和關心的，為了完成這一光榮任務，需要你們兩位同志去擔當，你們兩個人要留下來繼續在那邊同2.3萬敵人鬥争。
”這使劉貫一十分激動，他說：“受黨和上級耐心教育了好幾年，我雖然水平不高，但是在任何情況下決不會向敵人屈服，請上級放心！楊科長的水平比我高得多，他也決不會向敵人低頭，亦請首長放心！”
這時，萊蕪城東北方向發生了戰鬥。
作戰室向陳毅報告，這天早晨，敵第七十七師由博山南下，午後到達萊蕪城東北之和莊、不動地區。
預伏在該地區南北一線山地的第八、第九兩縱隊主力立即發起突然攻擊，戰鬥進展順利。
陳毅十分高興，對粟裕說：“我們前後改變了七次作戰方案，總算把李仙洲抓住了！”當晚10時30分，陳毅即下令全線發起進攻。
2月22日入夜，李仙洲受到華野各縱猛烈攻擊，親自登上南城牆指揮，命令城南守軍撤至萊蕪城外的汶河北岸及城東高地，引誘華野追擊。
當華野渡河追擊時，他又命令城上城下部隊合力反擊。
天亮前，華野暫時退回河南山地。
在此期間，李仙洲得到報告：城外西北角最高山頭已被共軍攻占。
這個制高點的丢失，不但使城内頓感威脅，而且将嚴重影響第二天的全軍撤退。
李即命令不惜任何代價，務要奪回該山頭。
經過反複猛烈地争奪，拂曉前将這個制高點重新占領。
2月23日晨6時，敵整編第四十六師師長韓練成神秘地失蹤了（韓練成在中共聯絡人員幫助下，脫離該師，隐身于萊蕪城内）。
李仙洲感到事情有些蹊跷，即趕到部隊集合場地，問該師軍官：“你們師長哪裡去了？”衆答：“不知道。
”于是，李立即派人到處去找，結果蹤影全無。
至8時許，第七十三軍軍長韓浚前來問李為什麼還不出發。
這時已延誤了兩個小時，幾萬人馬不能再等，李仙洲這才滿腹狐疑地下令各部開始行動。
李仙洲部分兩路向北齊頭并進。
10時許，先頭部隊在城北十餘裡的芹村、高家窪一帶，遇到華野四縱和七縱的進攻。
李仙洲對韓浚和整四十六師參謀長楊贊谟說：“當前共軍約有五六個師，我軍尚有六師之衆，人數相當。
而共軍武器裝備遠遜于我軍，且我軍士氣未衰，尚可一戰。
我軍應乘北撤之機，将來犯共軍全部殲滅，至少也要殲其大半！”韓、楊均表示同意。
李具體計劃是，令萊蕪城北高地的後衛部隊和吐絲口鎮的新編第三十六師固守原陣地，東、西兩路軍增強左、右側後衛兵力，向前來圍攻的華東野戰軍施行全力反擊。
沖出重圍後，再從東、西對華野部隊實施反包圍。
同時令城北高地和吐絲口鎮的部隊分别從南、北兩端出擊，形成四面圍殲的形勢。
李仙洲認為，這着“妙棋”如果實現，即使不能全殲解放軍，也可“給以沉重的打擊”。
但李仙洲萬萬沒有想到的是，剛過12點鐘，當其後續部隊剛剛離開萊蕪城和城北礦山陣地之後，華野四縱一個師和七縱一部即斷了其後路。
攻打吐絲口的六縱雖仍強攻不下，但堅決卡死了敵北撤的咽喉要道。
與此同時，預伏在東西兩翼的強大華野突擊兵團，隻等命令，立即出擊。
13時整，紅、藍、白三色信号彈升上天空，華野部隊以排山倒海之勢，同時從東西兩面發起大規模沖鋒。
一時間，槍炮聲、飛機聲、喊殺聲混成一片。
敵蕭重光師和海兢強師首先被斬成幾段，随後被一塊塊分割，最後被各個殲滅。
蕭重光和海兢強二人則被當場活捉。
國民黨空軍副總司令王叔銘（李仙洲黃埔軍校一期同學、同鄉），親自率領幾十架轟炸機、戰鬥機，飛臨戰場上空來幫助李仙洲逃跑。
李仙洲眼看無力自保，急忙通過無線電話請求王叔銘“全力向共軍轟炸、掃射，務期與地面部隊協同作戰”。
盡管王叔銘下令向華野陣地猛轟，但已無法挽救敗局。
面對如此嚴重的形勢，國民黨軍隊中那些高級将領和幕僚們争相逃命。
李仙洲身邊開始還有個七十三軍軍長韓浚，可在他腿部負傷之後，韓浚即不辭而别。
李隻好一個人掙紮着繼續向北緩行，不久因頭昏栽倒在溝裡，被路過那裡的華野八縱二十四師一個副教導員發現，當了華野的俘虜。
李仙洲被俘之後，不勝感慨地說：“早知道你們會找到我頭上來，可他們一定要我來碰！”
李仙洲在萊蕪戰役中左腿受傷被俘。
當時他想，作為蔣介石的嫡系将領反共多年，一旦落到共産黨人手裡，遲早會被殺掉。
華野首長在那麼多的俘虜中一時辨不出誰是李仙洲，後通過做一位小兵的工作才知道。
于是，華野工作人員去找李仙洲，說有事同他談。
他一離開，立即有十幾名人員跟着他，問他是不是李仙洲，他就是不說。
後來，華野盡力給他治傷，着意照顧他的生活。
華野首長讓華東野戰軍特種兵縱隊司令員、他的原部下陳銳霆去看他。
陳銳霆問他可有什麼不便，他說就是有點兒冷。
陳銳霆當場脫下自己的毛衣給他穿上，他非常感動。
與此同時，陳毅特别關照炊事員說：“李仙洲是山東人，愛吃水餃。
”同時又交代，“他願吃什麼就做什麼。
”3月15日，陳毅親自探視正在養傷的李仙洲，同他進行了親切交談。
談話間，陳毅拿了個小闆凳，墊在他的傷腿下面，說：“受傷的腿需要墊高一些。
”這使李仙洲深受感動。
李仙洲腿傷痊愈之後，即被轉移到後方，在東北戰犯管理所和北京功德林戰犯管理所一面學習，一面勞動。
萊蕪戰役從2月20日發起，至23日結束，短短3個晝夜，華東野戰軍即以棄守臨沂和傷亡8000人的代價，殲滅國民黨正規軍第二綏靖區前進指揮所、2個整編師（軍）部及其所轄的6個旅（師）、第十二軍新三十六師大部，斃傷俘國民黨軍官兵5.6萬餘人。
其中俘獲綏靖區副司令官1名、正副軍長各1名、正副師（旅）長12名，擊斃正副師（旅）長各1名。
連同南線及膠濟沿線作戰，共殲國民黨軍達7萬餘人，繳獲各種火炮350餘門、汽車50餘輛，擊落飛機4架，控制了膠濟路西段及其南北地區，使魯中、渤海、膠東、濱海等區連成一片，鞏固了後方基地。
24日，中共中央軍委緻電祝賀萊蕪大捷。
萊蕪戰役的勝利，使蔣介石南北會師、侵吞整個山東的“魯南會戰”計劃成為一場夢。
蔣介石在政治上與軍事上遭到一次又一次沉重的打擊，進一步加深了國民黨内部的混亂和高級将領間的矛盾，徐州綏靖公署主任薛嶽因此被撤職。
此後一個多月，國民黨軍未敢再組織進攻。
第二綏靖區司令官王耀武在給整編第八十三師師長李天霞的信中痛心疾首地悲歎：“萊蕪戰役損失慘重，百年教訓，刻骨銘心！”