九縱突破口進入外城。
西線十縱二十九師八十五團、十三縱三十八師也先後突破濟南城西永鎮門和永綏門至林祥門一線防線，并與城關敵人展開激戰。
三十九師一一五團、一一六團，從南北兩個方向對據守齊魯大學之敵發起猛攻，迫使守敵1000餘人繳械投降。
一縱、二縱部隊也源源不斷加入外城作戰，緻使敵人死傷慘重。
9月23日中午，華野攻城東、西集團肅清濟南外城守敵，從四面八方逼近内城。
至此，王耀武所剩的數萬軍隊僅保留濟南内城這一小塊地方和城郊個别我軍有意圍而不殲的據點了。
9月23日上午9時，正當濟南外城激戰正酣之際，徐州“剿總”總司令劉峙偕同空軍副總司令王叔銘飛臨濟南上空，見王耀武剩下的地盤如一片凋零的落葉，随時都可能被狂風吹沒，不禁感到一陣悲涼。
他們接通了同王耀武之間的無線電話，進行了一次地空對話。
劉峙說：“佐民老弟，我是經扶呀！我和空軍王副總司令代表總統來看你。
你們的困難我知道。
援軍進展很快，幾天就可以到濟南。
你們必須堅守待援。
你們需要什麼，我可以空投。
”
王叔銘說：“總統很關懷你們，叫我竭力援助你們作戰。
解圍有望，盼你們堅守待援！”
王耀武因激動，聲音有些發顫，說：“感謝總統和二位軍座對我數萬将士的關懷，我們決心與濟南共存亡。
共軍多住在郊區的村莊裡，請集中力量轟炸。
”
這天，國民黨空軍飛機飛臨濟南大明湖地區，空投了一批彈藥，一部分空投物成了解放軍的戰利品。
空軍的轟炸機輪番對濟南郊區農村、商埠和外城進行“區域轟炸”，爆炸聲震耳欲聾，煙塵蔽空。
入夜後，國民黨空軍飛機炸毀了中商埠西邊的油庫，爆炸聲接連不斷，火光映紅了半邊天空。
這天上午，國民黨的飛機轟炸了濟南外城東關一帶。
東關護城河邊的七十三團三營七連駐地中彈起火。
共産黨員、年僅20歲的連部政治幹事林銳，見房東大娘深陷火海中，便奮不顧身地沖進去将大娘背出。
可正在這時，敵機俯沖掃射。
他為營救房東大娘而光榮獻身。
當日午後，王耀武和綏區參謀長羅辛理等同部分幕僚人員移往城北大明湖邊的北極閣指揮所，準備在那裡指揮防守内城作戰。
此前，他在羅辛理的陪同下，沿内城城牆巡視一周，一路給守城部隊官兵講話，講解守城要領，鼓勵他們堅守陣地，決不後退。
9月23日，夜幕降臨，時針指向6時整，我軍對濟南内城的總攻開始了。
經過一小時的炮火急襲，許世友命令九縱、三縱、十三縱、渤海縱隊，分别從東、西、南三個方向同時發起總攻。
九縱擔任主攻的是七十三團、七十六團、七十九團、八十團。
這是九縱司令員聶鳳智高明精細的過人之處——這幾個團都是九縱各師的“拳頭”，初期作戰時作為預備隊使用，沒有派上什麼用場。
即是打外圍的管打外圍，打外城的管打外城，打内城的管打内城，“各司其職”，一包到底。
這幾個團經過前一階段的養精蓄銳，勁兒早憋得足足的，早盼着一展身手了。
七十九團突擊隊趁着炮火急襲的時間，奔過護城河上工兵倉促架成的浮橋，利用登城雲梯首先登上東門南側城牆，與守敵短兵相接地厮殺，威震敵膽。
但由于架設在護城上的浮橋被敵人炮火打斷，後續部隊上不來，突擊隊員全部壯烈犧牲。
七十三團的突擊正面在濟南内城的東南角，三次攻擊三次失利，最終未能突上城牆，進攻嚴重受挫。
從内城西南角上發起攻擊的十三縱一零九團，在坤順門北邊城牆上炸開一個2米多寬、1米多深的缺口。
突擊部隊2個營在火力掩護下強行登城，遭到守敵七十七旅的頑強反撲，除三連、九連突入城内占領少數房屋外，大部傷亡。
突破口被敵人重新封死。
三縱主攻團二十二團的出發陣地遭到國民黨空軍飛機和火炮襲擊，造成人員傷亡。
該部向西門突擊時，受到守敵頑強反擊，多次進攻均未能奏效。
華野東、西攻城集團對濟南内城的進攻全線受挫。
許世友給聶鳳智打電話：“怎麼辦？是繼續攻擊，還是撤？”
聶鳳智說：“打到這步田地了，往哪兒撤？但是至于怎麼樣打，我們正在研究。
”
“好！”許世友說，“你們快些研究，一有結果就報來！”
許世友又打通了十三縱司令員周志堅的電話。
周志堅回答得幹脆：“撤不得！隻有繼續攻，從敵人陣地中殺出一條血路，才能通向勝利！城内有我們兩個連，我們正在總結第一次攻城失利的原因，方案一出來就報告！”
“好！”許世友說。
九縱、十三縱很快報來第二次進攻濟南内城的作戰方案。
聶鳳智在電話中說，九縱還有五個完整的團沒怎麼用，這都是他們縱隊的“拳頭”，現在正好派上用場。
指戰員們紛紛請戰，決心打好這關鍵的一仗。
周志堅也來電話，建議攻城指揮部盡快組織對内城的進攻，不給守敵喘息時間，同時作好攻城最緊急時防止王耀武率部突圍逃跑的部署，不使敵人漏網。
許世友、譚震林、王建安等攻城集團領導人，毅然批準了九縱、十三縱的作戰方案。
9月24日淩晨1時30分，華野東、西攻城集團再次向濟南内城發起全線攻擊，槍聲、炮聲、爆炸聲連成一片，火光映紅了泉城上空。
九縱七十三團三營七連對濟南城東南角的氣象台發起攻擊。
任務依舊，突擊目标依舊，突擊連隊依舊，可是人員狀況變了。
由于犧牲的犧牲，負傷的負傷，全連已大大減員。
連長肖錫謙和指導員彭超為了使現有人員發揮最大的作用，使全連具有最好的戰鬥力，把全連還能戰鬥的人集中起來，重新調整組織，按戰鬥需要組建了梯子組、突擊組、爆破組、火力組、運輸組、救護組，各組各司其責又相互配合。
三次攻擊失利以後，通過發揚軍事民主的精神，大家找到了失利的原因，特别是在步炮結合方面教訓很深。
炮火延伸早了，突擊上去時敵人正好出來反擊；延伸遲了，突擊上去正好打着自己。
前三次失利，主要是因為在炮火延伸到開始突擊之間有一個間隙，正好給敵人鑽了空子。
大家提出，盡量縮短炮火延伸與突擊之間的間隙，在炮火将延伸未延伸的時候沖上去，甯可被自己的炮火殺傷，也不能讓敵人鑽了空子被其殺傷。
團裡領導知道七連官兵為了勝利甯願自我犧牲的精神，給予極高評價。
團長張慕韓再三交代，要炮兵挑選最好的觀察員、瞄準手和操炮手，以最準最集中的火力掩護七連突擊，做到絕對服從指揮，叫打就打，叫停就停，指到哪裡，打到哪裡，決不能打傷了自己人。
24日1時33分，内城東南角上空升起兩顆紅色信号彈——這是攻城部隊炮火延伸的信号。
幾分鐘前，縱隊和師、團炮兵集中炮火轟擊内城東南角城牆、氣象台等目标，城頭上響起驚天動地的爆炸聲，煙霧騰騰，彈片橫飛。
七連連長肖錫謙帶着剛剛編成的梯子組、突擊組沖過護城河，直奔城牆根下隐蔽下來，随時準備架梯登城。
這時，他們仰望天空，透過陣陣飄散的煙霧，看見紅色信号彈在天空畫着弧線緩緩墜落。
他們立即開始行動，很快十多米長的梯子順着城牆豎立起來。
“李永江，上！”肖連長一邊下命令，一邊緊緊盯住城頭。
隻見煙霧由濃轉淡，爆炸聲正在遠去。
憑經驗，此時敵人又要出洞了。
必須搶在敵人出洞之前登上城頭。
他禁不住又補了一聲，“快！”
隻見李永江一個箭步到了梯子跟前，雙手抓住梯子攀緣而上，眨眼之間已蹿至梯頂。
于洪铎、滕元興等也緊緊跟上，一個個争着向梯頂攀登。
不好，梯子離城頭炸開的缺口還有半人多高，手夠不着，腳用不上勁。
李永江頓時蒙了。
他想找到城牆縫隙長出的樹根、草皮之類的東西，或是城牆裂縫，可是都沒有。
要是敵人也像他們那樣，不等炮火延伸就鑽出來，正好跟他們打個碰面，那就前功盡棄了。
情急之中，他叫了一聲：“于洪铎！”
與李永江一步之隔的于洪铎，此時心領神會，随即上蹿一步，把自己的頭和肩膀往李永江的腳下送去。
李永江腳踩于洪铎的頭和肩膀，用勁往上一蹿，整個身子就全上去了。
炮火剛剛延伸，在城下和不遠處炸起團團火球，城頭上硝煙尚未散去。
敵人像突然從地下縫隙中鑽出來似的，狂風一樣撲了上來。
李永江來不及從背後轉過沖鋒槍，先朝敵人堆裡甩了兩顆手榴彈，趁敵人在爆炸聲中四散逃命的時候，從背上轉過槍來補了一梭子。
于洪铎、滕元興、周頂仁、馬立國一個接一個地登上城頭。
七連連長肖錫謙帶領突擊組，也緊緊跟了上來。
指導員彭超身上挂了花，也強忍傷痛爬梯登城。
經過一場血戰，三營七連終于突破濟南内城東南角，占領了一段長約30米、寬10餘米的城頭陣地，以及城牆拐角那座氣象台。
三營八連、九連也相繼登城。
七十三團團長張幕韓看到後續部隊登城緩慢，當即命令特務連再炸開一個突破口。
七十三團二營和一營不失時機地相繼登城，團指揮所也随隊跟進。
一營和二營的及時登城，不僅使氣象台陣地得到鞏固，而且增加了部隊的突擊力量。
“不能同敵人在突破口膠着，必須趕快下城！”這時，三營有人提議說。
這立刻引起了大家的重視。
從七連登上内城東南角算起，他們在城頭上已同敵人血戰近2個小時，若再不下城向縱深發展，天明後将有幾百人擁擠在城頭上，後果不堪設想。
八連連長說：“不能再等了，我們八連先下！”
九連連長争着說：“不，我們先下。
就是跳，也要跳下城去！”
正當他們争執時，有人說八連九班連雲海跳下城去了，使大家喜出望外。
原來，内城東南角内的斜坡被國民黨整編七十三師師長曹振铎的部隊占着。
連雲海不相信沒有别的路，便不顧可能随時被槍炮打中的危險，沿着城牆一路查看過去，終于發現有一段城牆緊挨着幾座房屋。
他便先跳到房頂上，再由房頂跳到地上——成功了！
于是，大家一個接一個地争相往城下跳，有崴了腳的，也有閃了腰的，有的跳得不好摔昏了，但沒有人叫苦叫痛。
這時，團部民運股長送來一匹細布，大家立即動手把整匹細布擰成粗粗的繩索，一頭固定在城頭，一頭懸下城牆，一個個争着往下滑。
這樣一來，部隊的下城速度大大加快。
曹振铎看見解放軍陸續下城，立即調集兵力進行圍堵。
正在這時，先利門南側至内城東南角之間發出一聲驚天動地的巨響，高大厚實的一段城牆應聲坍塌——這是七十三團特務連的“傑作”。
他們趁敵人的注意力集中在内城東南角的争奪時，神不知鬼不覺地在那段城牆腳下挖開一條巷道，将三百多公斤炸藥全部裝填進去，并成功引爆。
七十五團、七十六團、八十三團、八十四團等兄弟部隊，迅速通過七十三團特務連新炸開的大缺口，潮水般擁進内城，同守城敵軍展開激烈巷戰。
在攻城東集團猛攻濟南内城東南角的同時，攻城西集團也集中所有炮火，再次猛轟内城西南角的敵軍陣地。
24日黎明時分，一零九團和一一零團向内城西南角發起猛攻。
一零九團和一一零團在炮火掩護下，分别從坤順門北側和南側突擊登城。
由于攻城部隊第一線火力陣地早被摧毀，缺少直接瞄準火力的掩護，突擊部隊一出發就遇到了困難。
炮火準備時打啞了的一些敵軍火力點，又突然瘋狂開火。
敵人還利用重新設置的鹿砦、拒馬、鐵絲網等障礙物阻滞解放軍的行動，利用城上城下火力點組成交叉火力網，阻止解放軍突擊登城。
一零九團三營八連經過11次連續爆破，炸飛了敵人一個又一個地堡和機槍掩體，終于接近坤順門北側一段城牆。
他們又用撐杆把炸藥包送上城頭，随着一聲巨響，那裡的城牆頂部頓時出現一個2米多寬的缺口。
幾乎就在城牆被炸開的同時，七連的梯子組和突擊組沖過敵人的重重火力封鎖，迅速架起雲梯登城，同敵人搶占城頭陣地。
據守城頭的敵人也摸透了解放軍的脾氣，又想待炮擊一過就從藏身的地方沖出來，準備對解放軍又是打槍，又是甩手榴彈。
但這回敵人還是慢了半拍。
當他們從藏身處才冒出頭來時，行動迅疾的七連突擊組官兵就已經跨上城頭，手中的沖鋒槍也早已開了火。
經過一場驚心動魄的搏鬥，七連官兵的鮮血沒有白流，他們打退了敵人一次又一次瘋狂反撲，最終在城頭上站穩了腳跟。
不久，一營尾随三營七連之後，也成功登城。
一一零團突擊連在連續爆破掩護下，在坤順門南側架雲梯突擊登城成功，一上城就同守敵進行短兵相接的拼殺，連續打退敵人四次反撲。
正當後續部隊登城時，敵人又潮水般擁來，一邊瘋狂地号叫着，一邊集中火力封鎖突破口。
副團長王林德當即指揮重機槍向敵群猛烈射擊，緻使敵人死傷慘重，敵人的攻勢又一次潰退下去。
濟南守敵擔心内城西南角被突破，慌忙調集整編七十七旅二三一團和整編五十七旅主力向登上城頭的解放軍拼命反撲。
就在一零九團、一一零團再次與敵人打得難解難分時，敵人背後突然槍聲大作。
這究竟是怎麼回事呢？
原來，一零九團三連和九連在9月24日淩晨2點多鐘向内城西門攻擊時，即與團指揮所失去聯系。
他們突擊登城後，迅速下城，向内城東北方向發展。
當發現後續部隊沒有跟上來，他們成了一支孤軍時，仍沉着應戰，先後攻占房屋10多座，勸降敵人7名，俘虜敵人100餘名，打退敵人一個多連的瘋狂反撲。
後來，他們聽到西門一帶槍聲、爆炸聲連綿不絕，就主動打回西門策應。
西門守敵由于腹背受敵，頓時陣腳大亂。
久攻不破的坤順門終于被打開了，一零九團在這裡付出了傷亡1200多人的慘痛代價。
當敵人剛剛被打退，後續部隊急于登城時，突破口附近上百名傷員甯願犧牲自己，也不願因搶救他們而使後續部隊喪失突入内城的寶貴時間。
譚震林戰後給毛澤東、華東局的報告中說：“攻城部隊之英勇勝過以往。
一零九團百餘名傷員，不願因阻塞突破口而失掉時機，堅決不下火線，讓後續部隊從自己身上踏過去而犧牲。
連續負傷三四次，仍繼續作戰者也衆。
”
許世友命令攻城東、西集團各縱隊後續部隊，要不惜一切代價，鞏固和擴大突破口，迅速投入縱深戰鬥。
晨光初露，九縱二十五師七十三團指導員彭超忍受着傷痛，對身邊的小戰士宋炳科說：“小宋，天快亮了，同志們正在追殺敵人，勝利離我們不遠了！我們趕快把紅旗插到氣象台上！”
宋炳科一個縱身躍上氣象台的斷牆，把山東人民贈送的“打進濟南府，活捉王耀武”的紅旗，高高地插到了氣象台上。
天亮了，紅日普照大地。
解放軍突入内城後，按照預定計劃，東西對進，直逼大明湖畔的國民黨山東省政府。
數路部隊向大明湖畔疾進，緻使守敵節節敗退、潰不成軍。
這時，内城守敵被解放軍割裂成數塊，已喪失有組織的抵抗能力，在解放軍強大的政治攻勢下，有的繳械投降，有的藏匿起來，有的棄槍逃跑，隻有少數人負隅頑抗。
為了迅速乘勝全殲敵人，各縱隊一方面按計劃分區圍殲殘敵，堅決消滅一切敢于繼續抵抗的敵人，另一方面調集主力攻打濟南守敵的最後巢穴，以奪取攻濟作戰的全勝。
9月24日黃昏時分，攻城集團各路部隊完全攻占國民黨山東省政府，全殲内城守敵。
經過八天八夜的激戰，濟南戰役勝利結束。
據守馬鞍山、千佛山的少數殘敵，在解放軍的政治攻勢下，分别于9月25日、26日放下武器。
兩天後，王耀武逃到山東壽光縣東南時，被守橋公安戰士俘獲。
這次攻濟作戰，共殲敵10.4萬餘人（包括起義2萬人），繳獲飛機3架、火炮890多門、坦克和裝甲車20輛、汽車238輛、馬匹704匹、電台35部，以及大量槍支彈藥。
濟南解放後，菏澤、臨沂、煙台等地敵軍棄城而逃。
山東境内，除青島和南部邊沿少數據點尚有國民黨軍占領外，其餘全部解放。
戰役期間，中原解放軍嚴密監視中原地區的國民黨軍，使其不敢貿然行動，有力地策應了攻濟作戰。
華東軍區及豫皖蘇、冀魯豫軍區地方武裝和民兵廣泛出擊，破壞鐵路，攻克敵軍據點，對戰役勝利起到了積極的配合作用。
華東解放區出動支前民工50萬人、擔架1.4萬副、大小車1.8萬輛、籌糧1.4億斤，為戰役勝利作出了不可磨滅的貢獻。
戰役結束後，中央軍委、華東軍區及華東野戰軍總部，對解放濟南，全殲守敵，建立特殊功勳的九縱二十五師七十三團、十三縱三十七師一零九團，特分别授予“濟南第一團”“濟南第二團”的光榮稱号，并号召全軍指戰員向他們學習。