日這一天，華野指揮部氣氛很緊張。
陳毅、粟裕臉色冷峻，他倆從敵人活動中發現蔣介石企圖在孟良崮進行決戰，形勢很嚴峻。
這次戰役敵我雙方以主力對主力，以進攻對進攻，是一場決戰。
敵人的突擊能力很強，增援的敵人已經靠近了，如果不能在短時間解決敵七十四師，我華東部隊會陷入被動，不僅吃不掉敵七十四師，反而會被包圍。
陳毅、粟裕決心在24小時内消滅敵七十四師，決不能讓敵增援部隊向七十四師靠攏。
陳毅給各縱隊打電話鼓勁。
15日10時，陳毅給一縱司令員葉飛打電話說：“蔣介石拼死和我們決戰。
你們要不惜一切代價，把孟良崮拿下來，把七十四師消滅掉！”随後又給四、六、八、九縱隊司令員陶勇、王必成、王建安、許世友打電話，說道：“聚殲七十四師，成敗在此一舉！你們部隊被打掉1000人，我給你補充1000人；你們部隊被打掉2000人，我給你補充2000人。
誰攻上孟良崮，誰就是英雄！”各縱司令員在電話裡異口同聲地保證：“請司令員放心，我們絕不會讓七十四師一兵一卒逃走！”
粟裕要求各級領導靠前指揮，必要時，師長當團長，團長當營長，營長當連長，徹底消滅敵七十四師。
陳毅與粟裕商定，在5月15日下午發起總攻。
為了便于密切觀察和指揮作戰，粟裕率領少數參謀、機要人員組成的前線指揮所由坦埠西移，他們到艾山腳下的張林村附近的一個“千人洞”指揮作戰。
陳毅還向部隊喊出了“殲滅七十四師，活捉張靈甫”的口号。
廣大指戰員立下了“攻上孟良崮，活捉張靈甫”“消滅七十四師立大功，紅旗插上最高峰”的誓言，各級指揮員到第一線指揮，一場劇烈的攻堅戰展開了。
雕窩山位于孟良崮主峰的東側，山勢陡峭，是通向蘆山、孟良崮的必經之路，敵有一個營固守。
15日拂曉，九縱七十六團二營、三營在炮兵支援下，向雕窩山守敵發起猛攻，經五個多小時的激戰，于11時許攻占該山。
守敵深知雕窩山失守，危及主峰，遂于12時，乘華野九縱七十六團立足未穩，組織部隊反撲，結果得手。
七十六團領導見勢，迅速調整部署，于13時再次發動攻勢，經反複争奪，終于在次日8時打垮守敵，重占雕窩山，為攻擊蘆山、孟良崮主峰開辟通道。
五四零高地為孟良崮的天然屏障。
一縱以六個團投入戰鬥。
所屬獨立師三個團由楊家莊、葉家溝地域，一師一團由二八五高地以南，二師四團、六團由二八五高地以北，于15日16時向五四零高地發起攻擊。
結果幾次攻擊均未能奏效。
縱隊政治部主任湯光恢見勢，到前沿陣地鼓動士氣，并要求各師團領導靠前指揮。
調整進攻部署後，他帶領部隊于5月16日2時發起第二次攻擊。
四團一連五班班長、共産黨員曹相佐腹部中彈，以左手塞回腸子，按住傷口，以右手連續向敵扔出五顆手榴彈。
在萊蕪戰役中建立殊勳的一縱一團一連，即“人民功臣第一連”，則利用敵照明彈的光亮，對準敵群，大顯排子手榴彈威風，迫敵步步後退。
16日拂曉，一縱五個進攻團乘敵潰敗之勢，各以一部迅速攀上西五四零高地。
四縱十師三十團六連和二十九團二連，在與上級中斷聯絡之後，從山坡側後攀緣而上，秘密接敵，與一縱先頭部隊同時攻上西五四零高地主峰。
守敵為奪回五四零高地，以整營整團兵力連續進行反撲，在華野一縱和四縱頑強抗擊下，被迫回竄至東五四零高地。
16日13時，四縱在一縱等部隊協同下，經激烈戰鬥，攻擊五四零高地得手，殲敵五十一旅大部，迫殘敵逃至六零零高地和孟良崮。
蘆山主峰為各峰之冠。
華野八縱二十三師和六縱四十九團擔負攻擊任務。
16日上午，二十三師分三路向蘆山發起猛攻，各攻擊部隊以猛烈火力很快摧毀敵第一、第二道外圍陣地。
六十七團的“安丘連”，以迅雷不及掩耳之勢率先突入敵陣。
“劉光榮班”戰士彭德忠像猛虎般撲向敵人機槍手，奪過機槍向敵群橫掃，打得敵人鬼哭狼嚎。
随後，六十九團“李幹排”在戰鬥英雄張希春副連長率領下，首先沖上山頂。
緊接着，六十八團一營在李浩營長率領下也沖上頂峰。
六縱負責主攻的部隊于5月15日下午3時許，迅即向敵七十四師展開了猛烈攻勢。
十七師的四十九團、五十團配合友鄰八縱隊向孟良崮的側翼發起攻擊。
十八師的五十三團、五十四團向敵七十四師的外圍陣地橫山、官山、大山場一線猛打猛攻。
晚7時許，五十四團、五十三團集中力量攻殲業家溝、楊家莊的敵人。
他們先以十分猛烈的排炮轟擊，炸得敵陣地碎石橫飛、濃煙滾滾，使敵人遭受嚴重殺傷，擡不起頭來。
然後，攻擊部隊在強大炮火掩護下，勇猛沖擊，一舉突入敵陣，完全占領了業家溝、楊家莊、大山場。
眼看七十四師這支“禦林軍”大難臨頭，蔣介石急得六神無主、萬念俱灰。
他再次向外圍的十個整編師發出了最嚴厲的手令：
山東共匪主力今已向我傾巢出動，此為我軍殲滅共匪、完成革命唯一之良機，如有萎靡猶豫、逡巡不前或赴援不力、中途停頓者……必以誤國縱匪、贻誤戰機嚴究論罪，決不寬容！
第一兵團司令官湯恩伯也向所屬各部發出急電：“張靈甫師孤軍奮戰，處境艱危。
各部務須擊破共軍包圍，救袍澤于危困，不得見死不救……”
在蔣介石、湯恩伯的嚴令督促下，國民黨外圍十個整編師的增援部隊，都瘋狂地向孟良崮地區攻擊前進，與華野外圍阻援部隊展開了空前慘烈的大血戰。
經連續幾天血戰，來增援的蔣軍各部都被擋在包圍圈外面。
号稱五大主力之一的第五軍被十縱擋在萊蕪一線，号稱五大主力之一的整編十一師被三縱擋在蒙陰以北。
敵整編四十八師被二縱和七縱擋住，舉步艱難。
敵整編二十五、八十三師被一縱、六縱各一部擋在天馬山以西，他們進至與七十四師的距離尚有5公裡之地時就再也前進不了了，除打炮以示支援，别的什麼招數也施展不了。
5月16日下午，粟裕命令：“一、四縱隊向南，九縱隊向西南，八縱隊向東南，六縱隊向西，準備向孟良崮和六零零高地發起最後攻擊。
并令特縱榴彈炮團迅速開進依汶莊、馬牧池以東地區，作好射擊準備，到時候要不計消耗，集中火力向孟良崮和六零零高地轟擊。
”
随着華野指揮部的三顆信号彈升空，各路炮兵向敵軍密集的山頭高地傾瀉炮彈，