兼任淮北军区司令员兼政治委员，参与朝阳集战役、宿北战役。1947年，华东解放军整编后，张震任华东野战军第二纵队副司令员，参加了孟良崮及南麻、临朐等战役。1948年，张震任华东野战军第一（粟裕）兵团参谋长，野战军副参谋长，协助粟裕指挥豫东战役、济南战役。淮海战役发起后，张震与华东野战军代司令员兼代政治委员粟裕联名提出将国军抑留在徐州地区逐步歼灭的建议，为中央军委采纳。1949年3月，张震任第三野战军参谋长、华东军区参谋长，和粟裕一起组织了渡江战役、上海战役，率部攻占南京、杭州、上海等城市并且向福建进军，为