6年10月中旬改称第十师。1947年4月22日至26日，第三纵队配合第十纵队攻克泰安，歼灭国军整编第七十二师大部共2.4万余人，俘虏敌师长杨文泉，其中第三纵队毙俘敌7264名、缴获机枪191挺、击落飞机l架。1947年5月13日至16日，第三纵队参加孟良崮战役，担负阻击国军援军整编第十一师的任务，毙伤俘敌686名，保障了孟良崮战役的进行。1947年7月中旬，第三纵队攻打济宁，但因判断敌情失误，伤亡3000多人。1947年9月上旬，参加沙土集战役，会同其他部队全歼国军整编第五十七师，第三纵队毙伤俘敌4299人