1947年1月，陈士榘任华东军区、华东野战军参谋长。参与组织和指挥了鲁南战役、莱芜战役。1947年4月，他与唐亮直接指挥四个纵队参与泰安战役，其后又参与指挥孟良崮战役。不久，率华东野战军外线兵团转战鲁西南、挺进中原。1948年，陈士榘兼任西线兵团（陈唐兵团）司令员，直接指挥洛阳战役。此后又协助粟裕指挥豫东战役，并在第一阶段指挥部队攻占开封。淮海战役中，陈士榘促成贾汪起义，并指挥6、9、11纵队围歼黄百韬兵团。淮海战役第二阶段中，陈士榘率华野3纵、13纵协助中原野战军围攻黄维兵团。第三阶段中，陈士榘协助粟