位于鲁南敌后的第6纵队由铜石地区急速北上,于14日晨抵达垛庄西南观上、白埠地区。13日晚,整编第74师前沿据点遭到攻击时,张灵甫仍准备于14日执行攻占坦埠的计划。当14日得知天马山、马牧池、磊石山等地失守后,预感到有被围歼的危险,即仓促向孟良崮、垛庄方向撤退,并组织一部兵力进行反击。华东野战军发现整编第74师南撤,立即乘胜猛攻。担任正面攻击的第4、第9纵队经彻夜攻击,进占唐家峪子、赵家城子一线;第6纵队在第1纵队一部协同下,于15日拂晓攻占垛庄,截断了整编第74师的退路;第8纵队攻占万泉山,同第1、第6纵队打通了联系,在芦山、孟良崮地区形成了对整编第74师的四面包围。整编第74师被包围,蒋介石、顾祝同虽感吃惊,但认为该师战斗力强,所处地形有利,已控制制高点,必能坚守;如左右邻加速增援,可造成与华东野战军主力决战的机会。因此,除令整编第74师固守待援,牵制华东野战军主力外,严令新泰的整编第11师、蒙阴的整编第65师、桃墟的整编第25师、青驼寺的整编第83师以及河阳、汤头的第7军、整编第48师等部迅速向整编第74师靠拢;并调第5军自莱芜南下,整编第20师自大汶口向蒙阴前进,企图用10个整编师的兵力在蒙阴、青驼寺地区歼灭华东野战军主力。张灵甫也认为建制尚完整,部队战斗力强,居于战线中央,会得到左右邻的积极增援,因此一面请求空投粮弹,一面调整部署,固守待援。华东野战军指挥部鉴于蒋介石调动10个整编师的兵力来援,且多数已距孟良崮仅一两天路程,有的只有十几千米,情况十分紧急,如不能在短时间内歼灭整编第74师,将陷入10个整编师的围攻之中。为此,于15日令阻援部队坚决阻击各路援敌,令主攻部队不惜代价加速猛攻,一定要在援敌赶到之前迅速歼灭整编第74师。各部队积极开展战场鼓动工作。指战员虽连日苦战,饥饿疲劳,但战斗情绪极为高昂。15日13时,华东野战军发起总攻,各部队从四面八方多路突击,整编第74师竭力顽抗。每一阵地均经反复争夺,有的阵地得而复失,几次易手。激战至16日上午,华东野战军攻占雕窝、芦山,整编第74师主阵地全部丢失。下午天阴云低,能见度很差,华东野战军指战员挤满了各个山头,以为整编第74师已被全歼,但在核算俘虏人数时,发现歼敌数与该师编制数相差万余人。各部队随即严密搜索,终将整编第74师及整编第83师1个团余部全歼,击毙张灵甫。在华东野战军主力围歼整编第74师过程中,担任