在準備工作就緒後，4月23日黃昏，經過一段猛烈的炮火掩護，我第九縱隊第二十七師以連續爆破，突破北門城牆，5個連登城。
拂曉，第七十九團第五連首先突入城内，開始了縱深戰鬥。
在擊退了敵人十幾次反撲後，戰士們的彈藥打完了，就用石頭、鐵鍬、十字鎬和敵人搏鬥，在突破口整整堅持了20多個小時，鞏固了陣地，保證了後續部隊順利向縱深方向發展。
七十九團在戰後獲得了“濰縣團”的光榮稱号。
24日下午，第二十五師登城，擴大突破口，投入巷戰。
城南攻擊部隊于23日黃昏開始炮擊和爆破。
七十三團、七十五團并肩突擊，随後，七十三團攻上突破口，并控制了70米長的城牆。
七十五團攻上城後，控制了制高點。
24日黃昏，渤海縱隊登城并突入城内，後續部隊相繼投入縱深戰鬥。
在南北兩面的猛烈夾擊下，守軍動搖，陳金城和山東保安第八旅旅長張天佐率殘部渡白浪河逃往東城。
西城即告解放。
當夜，兵團部調整兵力，以第九縱主力依托西城主攻東城，一部在城北實施佯攻。
魯中軍區部隊自城南向北配合攻擊，膠東軍區西海軍分區第一團于城東鉗制，并準備圍殲突圍之敵。
26日黃昏，第九縱隊第八十團一部在炮火掩護下，連續爆破，僅用20分鐘，就從東城西門首先突入城内。
其他攻城部隊也相繼突入。
魯中軍區部隊突破南城牆，與第九縱隊會合。
午夜，第九縱隊的第二梯隊奉命進入縱深戰鬥。
至27日晨，山東兵團已控制東城三分之一區域。
敵張天佐率10餘人由東門向南突圍，被亂槍擊斃。
陳金城及參謀長李友尚等一批将校軍官，率3000餘人由東南方向突圍，被膠東軍區西海軍分區部隊截擊，陳金城束手被俘。
随後，在攻城部隊火力壓制與政治攻勢下，城内最後據點三官閣守軍繳械投降。
攻城戰鬥結束後，山東兵團開始肅清被圍在安丘、昌樂等地的國民黨軍。
濰縣戰役從4月2日至27日，曆時25天，攻克濰縣，解放濰縣、昌樂等數城，使渤海、膠東、魯中解放區完全連成一片。
濟南、青島守敵則進一步被孤立。
戰後，九縱司令員聶鳳智通過考察戰場和反思，感到實戰時選擇突破口方面的教訓不少。
為總結經驗教訓以利再戰，休整期間，九縱專門組織了幾次大規模的攻城實兵演習。
聶鳳智命令各部“再打一次濰縣”。
南掃兖州
津浦路中段的戰略要地兖州古城，素有“九省通衢、齊魯咽喉”之稱，南屏徐州，北護濟南，東窺沂蒙，西瞰魯西，是曆代兵家必争之地。國民黨為牽制我軍而展開戰略進攻，企圖固守濟南、青島和津浦路中段各要點。
國民黨以濟南的第二綏區、賈汪的第三綏區和兖州的第十綏區部隊，計7個整編師18個旅，控制着津浦路濟南至徐州沿線的狹長地帶。
其中以兖州為中心，東至新泰，西到濟甯，南抵滕縣，北達南驿地區，有第十綏區司令部和整編第十二軍和保安部隊，共12個團2.8萬人據守。
根據中央軍委指示，山東兵團決定出擊津浦路中段，攻擊兖州。
攻占兖州城，首先要肅清外圍之敵。
第七縱二十一師負責掃清西關之敵；十九師負責掃清南關和泗河鐵路橋的橋頭堡。
6月20日，第七縱隊和魯中軍區部隊包圍兖州，以求調動徐州、濟南之敵出援兖州；以第九、第十三縱隊等部警戒濟南、徐州方向，準備打援。
兖州被圍，徐州“剿總”總司令劉峙急得像熱鍋上的螞蟻。
為解兖州之圍，他急忙從蘇北調整編第二十五師沿津浦路東運支援兖州。
我山東兵團留第十三縱隊一個師監視濟南方向援敵，令第九、第十三縱隊南下，在泗水、曲阜一帶迎擊北援敵軍。
由于敵整編第二十五師已于6月28日先抵滕縣以北界河地區，山東兵團又調圍城的第七縱隊南下打援。
7月1日，攻城各部開始對兖州緊縮包圍，掃清城防外圍據點。
7月6日，許世友、譚震林和參謀長劉少卿下達攻打兖州的命令，決定第七縱隊與第十三縱隊（缺三十九師）附本部炮兵集結于兖州以西、以南及西北地帶，以求迅速肅清西關殘敵及南關之敵；魯中軍區（并指揮三十九師）集結于兖城以北地帶協助攻城，以一部攻占北關，并由北向南佯攻兖城；另一部集結于兖城東南地區，負責堵殲兖城可能向東南突圍之敵；另派出一個團，進入泰安以東地區活動，監視由濟南援敵之動态。
第九縱隊主力集結于泗水一帶待機，以一個師集結于柘溝地帶，派出一個團于樓德西北柴汶河兩岸，保護我後方補給線之安全，并監視泰安方向之敵。
該部偵察營立即進入泰安以南、大汶口以北地區活動，以求掌握由濟南南援敵之動态。
魯南軍區以主力插入臨（城）韓（莊）地帶，一面徹底破壞韓莊及臨城以北鐵路，一面積極打擊臨城南竄或北援之敵，并以小部向峄棗進逼。
渤海縱隊主力集結于章（丘）鄒（平）間休整，以有力一部活動于龍山東北地區，積極監視與打擊龍山向東出擾之敵。
在兖州城南的一個村莊裡，一個簡樸的民房内，七縱司令員成鈞、政委趙啟民與十三縱司令員周志堅根據兵團的作戰意圖，正在進一步研究攻打兖州的方案。
他們經過一段時間的讨論研究，最後決定把突破口選擇在老西門一線。
7日夜，第七縱隊攻克西關，魯中軍區部隊攻克舊關。
經緊張地準備，攻城部隊于11日晚全部進入出擊陣地。
12日傍晚，兩發榴炮彈響起，總攻全面開始。
山炮團在步兵和迫擊炮的掩護下，直接用炮膛瞄準射擊。
老西門一線500米的正面上，七縱二十師和十三縱三十七、三十八師展開了并肩突擊。
七縱二十一師六十團一連連長張堅，率先指揮架梯班架橋。
這個班冒着敵人的火力掃射，全部下水，用身體頂住木橋。
由于水漲流急，橋架不住。
戰士們硬是用肩膀頂起橋身，架起一座“人樁橋”，讓突擊部隊從橋上通過。
爆破隊連續七次成功地進行了高空爆破，最後一個爆破員張堅撲上城牆缺口時，炸藥已把城牆削成了斜坡，用不着登城的梯子了。
他高喊道：“登城啊！”話音沒落，就扭身沖向缺口。
連長丁光友馬上帶着突擊隊像一團旋風擁入缺口，班長高振才趁勢把第一面勝利的紅旗插上兖州城頭。
在新西門十三縱的主攻點上，敵将泅水河閘打開，城壕水位急速上漲。
七連長任進貴命令會遊水的人趕快遊過壕去。
三個排相互配合，勇猛地向兩側擴大突破口。
天亮後，敵機瘋狂地向突破口内外轟炸掃射。
許世友命令各縱調整組織，相互協同，加快進攻速度。
當日20時，戰鬥全部結束。
敵十二軍軍長霍守義帶着老婆和十幾個衛士脫離大隊，企圖潛逃，沒料到一出城就成了俘虜。
守城的九名将級軍官中，唯有綏靖區司令官李玉堂隻身化裝逃了出去，其餘八名均被生俘。
山東兵團重圍兖州後，兖州守軍向王耀武告急求救。
王耀武派吳化文率重建的整編第九十六軍南下增援兖州。
吳化文為自保，11天僅前進40公裡，直至13日，其第一六一旅始渡過汶河到達齊家莊、太平鎮一帶。
因兖州已被解放，徐州“剿總”令吳化文率部轉向泰安。
預先埋伏在泗水的山東兵團第九縱隊奉命冒雨遠程奔襲，乘敵轉頭回逃的混亂之機，勇猛穿插，戰至15日結束，殲其7500餘人。
兖州戰役的勝利，有力地支援了我豫東戰場作戰，同時也使我華東野戰軍東西兵團得以會師于津浦路兩側，以便于今後集中兵力打更大規模的殲滅戰。
聶鳳智司令員騎在馬上，看着一堆堆像小山一樣的戰利品，樂不可支，興奮之際賦詩一首： 策馬橋頭雨霏霏，笑問援敵幾人回。
今日小戰大汶口，明朝濟南顯神威。