蒋介石收到张灵甫的回电后，放心了许多，对张灵甫的忠心耿耿十分感动，立即电令各路援军，火速向蒙阴东南开进。
与此同时，南京国民党政府新闻局长董显光在新闻局召开的记者招待会上，宣称：“政府对山东之军事发展甚为满意，……国军已与共军主力接触而击破之。相信该省大规模战事，不日可以结束。”
陈毅在西王庄收听到这个广播，嘴角一咧，笑了一下：“牛皮吹得越大，爆炸得越响！”啪的关上了收音机。
他打电话要陶勇，说道：“蒋介石的牛皮已经吹出去了，怎么样，你的部队有问题没有？是否需要增援？”
陶勇答道：“进展顺利，我们已按既定计划发起全线攻击，右路第十二师经马山、新兴进至当阳，逼进五四〇高地；右路第十师经旧寨进至荆汶，先头逼进五二〇高地；第十一师进至葛墟。”
“五二〇高地……”陈毅一手握电话，一手把桌上的地图拖近些，在标明五二〇高地的地方点了一下，“好，不要放松，篱笆扎紧了，不要让龟儿子跑了！”
陈毅：要不惜一切代价拿下孟良崮
当阳镇挺大，在西北角一间茅草屋里，地中央摆着一张方桌，已近正午，阳光从窗户照进来，屋里显得很亮堂。身着灰布军装，下身打着绑腿的第十二师师长彭德清正和他的团长们开会。他身材高大，很是威武。他拿出一张军用地图，平摊在桌子上，几个团干部立即凑了过来，目光跟着彭德清的指头在地图上移动。等看清了整个态势，他们一个个都笑了，还有人打趣道：“好家伙，敌人的整编七十四师硬是被我华野从他们第一线的八个整编师中切割出来了！”
彭德清继续说着：“昨天七十四师遭我全线猛烈打击后，龟缩于孟良崮地区，企图凭借有利地形固守待援。从地图上看，孟良崮主峰为六一〇高地，向西北接连六〇〇和两个五四〇高地，至西北端为五二〇高地。据侦察员报告，五二〇和东、西五四〇高地，为敌五十一旅扼守。五二〇高地大约有一个团的兵力，它的西面是无名高地，兵力为一个加强连。”
他把目光转向三十四团团长和副团长：“你们团担任师的主攻任务，先啃下五二〇高地，然后向孟良崮主峰发展。”
蒋新生和秦镜立正答是。
彭德清将计划报告陶勇。陶勇命令纵队的九门山炮做好准备，把目标对准五二〇高地。
接受任务的三十四团进抵孟良崮西北部五二〇高地下面，在一处坡洼地搭起指挥所。这时抬头就能看到山峰，用肉眼可以清楚地看到，在山顶上的敌人正在频繁地调动兵力。正在这时，陶勇命令山炮开炮，向山上轰击。随着一颗颗炮弹落在山头，腾起烟雾，猝不及防的敌人乱成一团。
天渐渐黑了。三十四团二营和团部特务连，喊着“打下孟良崮，活捉张灵甫”的口号，在炮火的掩护下，朝着山头猛攻。攻击部队就凭借炮弹一闪一闪的爆炸火光攀登山崖，爬到山顶。经过一番拼杀，拿下了五二〇高地西侧无名高地。团长立即向师部、纵队领导报告攻占该高地的消息。陶勇在电话中闻报甚喜，要他们不要松动，继续猛攻，再接再厉拿下五二〇高地。
然而这次却没有开始那样顺利。从无名高地通向五二〇高地的斜坡上尽是奇峰怪石，一座座陡峭的山崖，山崖两面是刀削似的峭壁，通道非常狭窄，山顶是个近二十米高的一个崮，崮的四周是石圩子，地形险要，易守难攻。要攻上去就等于在楼梯上仰面攻击，对进攻一方十分不利。防守五二〇高地的是敌整编第七十四师第五十一旅，它的旅部就设在山上。战斗发起后，敌人顽强抵抗，攻击一次又一次受挫。先头部队距敌人盘踞的石圩子只有二三十米，而敌七十四师就利用这道石圩子架设了一排轻重机枪，还有枪榴弹、火焰喷射器等，组成了立体火网，只要攻击部队一露头，子弹与火焰便席卷而下，许多战士连头都没来得及抬就倒了下去。
情况一时一变，电话铃声不断地响。陶勇起初坐在电话机旁，听到铃声就抓听筒；后来铃声不绝，他索性就把听筒放在耳边，下巴靠在送话器上，不停地听，不停地讲。
战况空前激烈。其他几个部队也遇到了四纵类似的情况，几乎每个山头都要经过几番争夺，整个战场呈现更加紧张、更加猛烈、更加残酷的战斗状态。
陈毅的电话打到了陶勇这里，同时也打给一纵、六纵等部，他也有些激动：“蒋介石拼命和我们决战，把我们反包围了，情况十分严重。我们要不惜一切代价和决心，哪怕一、四、六纵打光了，也要把孟良崮拿下来！”
眼见攻击受挫，陶勇不由得火急火燎。他几次派参谋传达他的意思，督促攻击部队尽快拿下五二〇高地。他让参谋务必一字不落地传达：“告诉他们，我们迟拿下高地一分钟，敌人的增援部队就前进一大步，我们被敌人大包围的危险就增加一分！全军命运相关，要不惜一切代价！”
三十四团指挥所里的正副团长不时接到陶勇派参谋传达的命令，见攻击部队打不下来，更是忧心如焚，他们向陶勇请求：“陶司令，敌人火力太猛，请求上级火力支援！”
陶勇将纵队和师的火炮都调来，对准山头狂轰滥炸，敌人阵地上顿时石片飞迸，火星四溅，浓烟翻滚。蒋新生和秦镜也杀红了眼，两人各自抱起一挺机枪，向着五二〇高地扫射。此时，华野政治部副主任钟期光也到了前沿，进行战场鼓动。他朝着攻击部队大喊：“同志们，谁打下五二〇高地给谁记大功！”
他的鼓动还真灵，本来就急如星火的部队被他一喊，浑身就像着了火，不顾一切地朝山上冲去。
不知不觉，天色微明，山上出现了一层晨雾。攻击部队一鼓作气，跃上石圩，经过一阵短兵相接的战斗后，敌人防线开始动摇。团部适时命令第二梯队加入战斗，敌人终于溃逃。
但整个孟良崮的战事仍很激烈，双方伤亡都十分惨重，阵地上交战双方的尸体横七竖八，纵横交错。指挥员们都到了最前沿，第十师副师长俞炳辉在敌人反扑中身负重伤。
飞到徐州督战的蒋介石，又异想天开地部署了所谓“磨心战术”。他企图一面以整编七十四师为“磨心”，将华野主力紧紧吸住在孟良崮周围，一面紧催第五军、整编十一师、整编六十四师等共十个整编师，从新泰、莱芜、河阳、汤头等地赶来增援，从而合击华野于蒙阴以东、汶河两岸地区。
蒋介石给张灵甫打气：“抓住共军主力，实为难得之良机，务必奏奇功于一役。”
陈诚也跟张灵甫说：“这个战役的结果只有一个，那就是我们的辉煌胜利。我们已经下达了最严格的命令，命令外线部队同你们密切配合，来一个内外夹击，中心开花，尽歼顽敌！”
此时此地的张灵甫，面对华野的重兵包围，仍然以陕西人的倔脾气顽固地相信自己没有问题，他的整编七十四师是个“生铁蛋”，共军想吃也吃不动。得到蒋介石、陈诚的鼓励，胆子更壮了，气更粗了，竟自鸣得意地说：“以我张灵甫为诱饵，把共军吸引在我的周围，有利于四面夹击。我们和外面两下一挤，共军就完了！”
敌七十四师副师长蔡仁杰似乎要比张灵甫清醒得多。他站在战壕里，望着山峰陡峭、怪石耸立、草木稀疏、方圆不过五里的孟良崮，望着处境艰危的近四万人马麇集在山上，饥无食，渴无饮，工事也无法构筑，人马无处隐蔽；所有的汽车、大炮、坦克均在上山时丢给了共军，让共军不花一文捡了个大便宜。再看看山上那些曝晒在太阳下的士兵，敞胸露怀，歪戴帽子，趿拉着鞋，一个个蓬头垢面，饥渴无力，死守这荒山秃岭，分明是一步死棋！更令他担心的是一向孤高自傲的张灵甫，只知一意孤行，万一拼到最后……
“蔡副师长！”张灵甫一声喊，把正在想事的蔡仁杰唤醒。张灵甫让他问问找水的人回来了没有。
蔡仁杰把电话打到三连，问连长魏武能：“水搞到没有？”
魏武能报告：“报告副师长，水还没有搞到。守野猫圩沟那眼山泉的共军凭借着有利地形，对我们进行袭击。我们进攻了25次，现在全连就剩下我和通讯员、副连长3人了。”
蔡仁杰像往常一样的命令着：“我不管你多少人，我要的是水。”
可魏武能一反常态，竟顶起他来：“你急什么，我不知道你要的是水吗？你们要喝水，弟兄们的命都搭进去了，你们还想怎么着？”
蔡仁杰急了，冲着话筒大吼：“你他妈弄不来水，老子毙了你！”
“要杀要剐随你便，反正老子活着也没啥意思了。”
“你、你……”
此时的张灵甫却清醒起来，他接过蔡仁杰手中的电话，把声音放低说：“魏连长，你赶紧回来，我们不要水了。我不知道情况，请快撤回来。”
蔡仁杰很是吃惊，他跟张灵甫这么长时间，见他这样对一个连长说话还是头一次，他反而有些糊涂了。看着一脸疑惑的蔡仁杰，张灵甫对他说：“现在若是引起军中哗变，我们将不战自败。告诉全师官兵，凡是口渴者一律饮马尿、人尿，马死后饮马血。卫士，给我端一碗马尿来！”
蔡仁杰更是吃惊：“师座，这样怕失你的体面吧？”
“有什么体面不体面的，当年韩信甘受胯下之辱，后成大事。作为一个军人，不吃苦，不受辱，能成什么事业？”
张灵甫说完，端起卫士盛来的马尿，一饮而尽。然后，咂咂嘴，笑道：“嘿嘿，怎么还有股老白干的味道？怎么样，仁杰，你也来一碗？”
蔡仁杰直摆手，舔着干裂的嘴唇说：“我不行，我不行。”
张灵甫放下盛着马尿的碗，说道：“不行算了，不为难你，你给委座发电吧，让他空投一些水，以解燃眉之急。”
蒋介石收到张灵甫的电报后，命令空军速去投水。
但是，蒋介石准备给七十四师空投物资的情况，很快让四纵的侦察员发现了，陶勇立即命令道：“敌人设置什么信号，我们也设什么信号。”
敌机驾驶员难以辨别真伪，见了信号就投，结果大批弹药和食物落到华野部队。当发现空投下的橡皮水袋向敌阵地降落时，四纵前沿阵地的战士就开枪，将其击穿。结果，水袋还未落地，袋中的水已流空了。投落到敌阵地内的一些食物，立即引起各部之间的争抢，以至发生火拼。
张灵甫真的慌了
战至15日午夜，孟良崮周围的阵地一个个丢失，华野的大部队已聚集在孟良崮主峰山下，张灵甫真的慌了。阵地一寸寸缩小，援兵却未见踪影，再扛下去，肯定凶多吉少。他剩下的唯一办法是向蒋介石求援，向已经在增援路上的部队求救。他甚至不得不一反往日睥睨一切的骄横神态，向整编第二十五师师长黄百韬、整编第八十三师师长李天霞苦苦哀求。
那几乎是电影《南征北战》那场令人难忘的一幕的原型：
张灵甫：“李师长，看在你我兄弟一场，在兄弟危难之机，拉兄弟一把吧！”
李天霞：“张师长，这话你就见外了，我李天霞怎么能见你老兄受难而不救呢？请你务必再坚持三个小时，我的部队会给你解围的。”
李天霞的部队是在途中，但速度缓慢。
预感到自己末日来到的张录甫挂了电话，想起黄百韬，于是，他又给黄百韬去了电话，黄的回答，同李的一样。
蒋介石也预感到整编七十四师覆亡的危险，下死命令督促各路援军急进，他的电令充满了胁迫的意味：“如有萎靡犹豫，逡巡不前，或赴援不力……必以纵匪贻误战局论罪，决不宽容。”就是说，如不能及时赶到孟良崮，将以死罪论处。
汤恩伯跟着蒋介石呼号，语气已近于乞求：“亲爱精诚之无上武德与光荣，岂有徘徊不前，见危不救者，绝非我同袍所忍为，亦恩伯所不忍言也。”
可是，任蒋介石如何捶胸顿足，汤恩伯怎样含泪求拜，援军还得一步一步走，还不时受到华野阻击部队的阻拦，援救谈何容易，弄不好自身难保，何必急着去送命？
而此时，陈粟大军加快了向孟良崮高峰挺进的速度。到了16日下午1时，四纵在第一、六、九纵的协同下，分数路向东五四〇高地发起了冲锋。攻击部队的着装很不统一，有灰色的，也有黄色的，有的战士戴上了刚刚缴获的钢盔，也有的战士换上了美式汤姆枪。攻占了东五四〇高地，歼敌五十一旅大部之后，陶勇指挥第十师大部和第十二师由西向东，第十一师及第十师一部由南向北，向六〇〇高地展开猛烈攻击。
战至下午，天空突然乌云密布，紧接着狂风大作，一时间飞沙走石，下起了一阵大暴雨，孟良崮山群顿时锁在雨雾中。华野各路大军从四面八方拥来，敌整编七十四师官兵淋得跟落汤鸡一样，完全丧失了战斗力。炮弹穿过雨雾，铺天盖地，到处是激烈的枪炮声和震耳的冲杀声。连渴带饥的国民党官兵惊恐万状，有的钻到山洞或岩缝里，企图躲过一死。
两个小时之后，枪声渐渐稀落，欢呼声代替了冲杀声。四纵指挥所里电话铃声不断，忽然一个电话吸引着所有人的目光，电话里焦急地喊着：“张灵甫自杀，张灵甫自杀了！”
陶勇也是一阵惊喜，他大声地询问：“是自杀吗？”
“报告司令员，是俘虏兵讲的。”打电话的人回答得比较含糊。