陶珩江少將國民黨第48軍參謀長華東野戰軍決心集中主力24個師的兵力,將北犯之敵誘進至適當地區,選其突出
的一路圍而聚殲。1月31日,南路之敵開始北犯,但由於進攻之敵齊頭並進,穩紮穩打,不便分割殲滅。自膠濟路向南進犯的北線之敵李仙洲集團先頭部隊,於2月4日到達萊蕪。華東野戰軍認為與其待機過久,不如主動放棄華東軍區首府臨沂,遂決定迅速北上求殲李仙洲集團。2月10日,華東野戰軍除留第2、第3縱隊偽裝主力阻擊南線之敵外,主力隱蔽兼程北上。19日,華東野戰軍各部逼近萊蕪、顏莊地區。22日,北線之敵第46軍由新泰退至萊蕪與第73軍匯合,華東野戰軍即將該敵包圍。23日,萊蕪被圍之敵向北突圍,戰至中午華東野戰軍攻占萊蕪城,切斷了北逃之敵的後路。隨後,華東野戰軍主力自東、西兩面發起猛烈攻擊,至下午5時,將敵人全殲,戰役結束。華東野戰軍在圍殲李仙洲集團的同時,軍部分主力與地方武裝,民兵密切配合,鉗制了大批日軍隊的行動,為萊蕪戰役贏得了寶貴的時間和空間。