戰前形勢
國共簽訂的《雙十協定》墨跡未乾，國民黨就在美國的支持下，調集重兵力，向解放區大舉進攻。在10月中旬，僅在津浦鐵路濟南至浦口沿線就有7個軍和由偽軍改編的第5、第6路軍。其企圖打通津浦路全線，完全控制南京至濟南段津浦鐵路，分割我山東、華中解放區的戰略聯繫。
為確保實現中共中央、中央軍委控制津浦路一段的決心，10月17日，陳毅、黎玉赴魯南前線，在嶧縣城開設指揮所，統一指揮魯南、魯中軍區部隊和正在北上的新四軍部隊，組織津浦路中段(徐州至濟南間)戰役。
第一階段，界河伏擊戰
10月18日，陳毅、黎玉指揮第8師，先敵展開對鄒縣拒降日偽軍攻擊，經一日激戰，殲敵吳化文部第40師1個團和偽保全第18旅共2800餘人。22日，中共中央軍委電示陳、黎等，嚴防敵反撲。11月2日，吳化文以其主力第1軍5000餘人和日軍第105聯隊1000餘人，以兗州和滕縣南北對進，會攻鄒縣。11月3日拂曉，第8師和剛到達的新四軍第4師第9旅和第2師第5旅全部隱蔽進入設伏地區。當日8時許，吳化文以日軍近千人為先導，並親率其總部及第1軍尾後，由界河沿鐵路兩側向北進犯。設伏部隊放過日軍，當吳化文部於13時全部進入設伏區後，從路東、路西突然發起猛攻。戰至當日傍晚殲吳化文部4000餘人。各部乘勝向南擴大戰果，第5旅又攻下南界河、殲守軍及土頑千餘人。第8師主力沿津浦路以區南下，進逼臨城。
第二階段，韓莊戰鬥
界河伏擊戰，基本摧毀了吳化文部的戰鬥力，初步完成了截斷津浦鐵路中段的任務。國民黨軍不甘失敗，加緊增兵徐州和津浦路沿線，將其第46、第93、第58軍由南方急調徐州；第59、第77軍也由信陽開往徐州。國民黨軍決心首先打通津浦路，控制蘇北、皖北、山東，然後掃蕩華北，打通平綏線，占領察哈爾、綏遠。這樣，津浦鐵路沿線以至整個山東、蘇皖解放區的形勢都將嚴重起來。
中共中央軍委電示陳毅、張雲逸、饒漱石：在“國民黨軍主力尚未展開前，先敵發起攻擊，力求殲其一部……。”
11月24日晚，第8師和第9旅向官橋發起攻擊，戰至26日拂曉，殲國民黨暫編第2師2000餘人，爭取日軍300餘人投降，攻克數處據點。與此同時，第5旅攻占臨城東北的西曲粕、石溝營等據點，俘日偽軍600餘人，切斷了臨棗鐵路。第4旅於27日上午攻占韓莊及其外圍據點，全殲偽軍1500餘人，日軍1箇中隊160餘人被迫投降。韓莊攻克後，駐臨城日軍1個聯隊1000餘人南下，途中被12團所阻，經勸降全部放下武器，去徐州集中。至此，韓莊戰鬥勝利結束。
12月12日夜，第8師向滕縣外圍據點發起攻擊，經1夜激戰，掃清外圍全部據點。13日傍晚，向城內突擊，至14日拂曉，守敵投降，戰鬥勝利結束，全殲國民黨軍9000餘人。
滕縣攻占後，津浦前線野戰軍暫停津浦路中段的作戰行動，對盤據臨城之國民黨第97軍實施圍困，並置主力於臨城東南運河兩側，準備打擊由徐州和隴海路向北增援之敵。
第三階段，隴海路東段破襲戰
1946年1月7日，由津浦前線野戰軍改稱的山東野戰軍，以10天左右時間完成攻擊兗州、泰安的準備工作；華中野戰軍第6縱隊北調魯南、配合第2縱隊和第7、第8師阻敵進攻，並對韓莊、棗莊、賈汪之敵實施圍攻，迫使國民黨軍縮返徐州。
1月8日，各縱隊各師按計畫對兗州發起攻擊。第1縱隊以第1、第2旅主力攻擊兗州，第3旅和魯中軍區地方武裝監視泰安偽軍，破壞泰安南北鐵路，防敵南援。經5天激戰，至13日24時停戰令生效止，攻占兗州四關、寧陽和泰安車站及西關，並包圍了泰安城及大汶口。
第2縱隊全部肅清了韓莊、運河北岸國民黨軍。第8師、第6縱隊肅清了運河以南，賈汪以東之國民黨軍，阻止了國民黨軍對魯南的進攻。至此，歷時3個多月的津浦路中段戰役和配合此戰役的隴海路東段破襲戰役勝利結束。共攻克重鎮和要點13處，包圍了兗州、泰安、大汶口、臨城等地之敵，控制了津浦路、隴海路、臨棗路300餘公里。殲吳化文部4個師、陳大慶部約3個師，總計2.8萬餘人；受降日軍6700餘人，爭取偽軍起義2.2萬餘人。
這次戰役的勝利，打擊了國民黨的反動氣焰，挫敗了其打通津浦路向北推進的戰略企圖，掩護了兄弟部隊向東北進軍，同時將山東、華中兩大戰略區連成一片，為應對大規模內戰創造了有利條件。
