确实，张灵甫将部队一拉上孟良崮，国共双方的主帅主将便一下子明白了此时战役性质的重大变化及其意义。
蒋介石立马知道了张灵甫的用意，看清了这个歼灭陈毅粟裕统率的华东野战军的机会(因为平日国军想找解放军决战，却往往找不到解放军主力)，连忙飞到徐州，亲自敦促顾祝同赶紧指挥各路国军开往孟良崮，对解放军实施反包围。
而陈毅、粟裕呢?原想在运动中歼灭七十四师，却没料到张灵甫主动受围，还上了孟良崮，坚守待援。
危险与战机同时产生。
摆在华东野战军面前便一下子只有两种结局了：不是赶紧消灭七十四师，就是被七十四师粘往，反遭周边围过来的40多万国军的重创。
战况到了这个阶段，在孟良崮，虽说华东野战军对张灵甫的七十四师握有了绝对兵力优势，但从整个山东战局来看，40多万国军却正在获得一个战机优势。
进攻张灵甫的战斗是在5月13日下午七时开始打响的。经过14、15日两天的生死激战，虽攻下了孟良崮一旁的几个小山头，但张灵甫的主力尚在顽守主峰，战斗仍进行得异常惨烈，方圆仅1.5平方公里的孟良崮，已躺下了数以万计血肉模糊的尸体。而攻山的解放军各纵队的伤亡也相当大了(此战役解放军共伤亡12000人)，并且弹药补充都出现了困难。加之，周边国军向孟良崮进发的情况，也令军心很有些紧张。因此，华东野战军总部与下属纵队有些指挥员提出：久攻不下，又是如此境况了，是否忍痛从孟良崮撒退，以保大军不落入周边国军的包围圈?
亲处前线指挥所进行指挥的粟裕，自然透彻明白当前战势的严峻：获胜与战败这两种可能，都已接近了胜负概率的临界线，此时，唯一能让战局偏向胜利或失败的因素，就是对战双方的军心了，而其中最重要的却又是指挥官们的决战信心与指挥效率。
于是，粟裕下令：任何人不得言撤退!(陈毅也宣布了追究失职者责任的“撤职、查办、杀头”的三大战场纪律)并严令各纵队务必不顾一切牺牲，限在24小时内攻上孟良崮，歼灭七十四师;各纵队伤亡多少人，战役结束后，保证给予补足建制;同时，打破解放军历来只在夜里打大仗的传统(为躲藏敌飞机、坦克)，16日白天也继续进攻，直至于16日下午三时完全攻占孟良崮主峰，击毙张灵甫(自杀?)。
