不到三天时间，歼敌五万六千余人，瓦解了敌对我的压迫围攻。蒋介石非常震怒，飞抵济南，亲自督战，妄图再次拿出王牌军七十四师，以之作为核心和中坚，再次向山东的战略要点沂蒙山区进行新的进攻，诱逼我与之决战。敌人的行动很快被我军钳住，经过研究，决定对单兵冒进的七十四师进行包围，坚决消灭之以打击敌人的嚣张气焰。敌师长张灵甫是蒋介石亲自栽培的忠实部下，他骄横专断，以为自己装备精良，又有和蒋介石的亲密关系，因而并未意识到眼下的危机，他信心百倍地以孟良崮一带为据守中心，妄图以“中间开花”的形式，配合敌其他部队歼灭我华东主力部队。

    与此同时，沈振新部接到了命令，从鲁南星夜兼程赶往沂蒙山区，参加会战。整个部队从上至下，斗志昂扬，和七十四师一比高下以报涟水之仇的时机终于到来了。刘胜、陈坚团率先赶到了垛庄，消灭了同期到达垛庄的一个敌辎重部队后，又抢占了垛庄和孟良崮之间的一个重要高地，对敌形成了最严重的威胁。包围七十四师的口袋进一步收缩，战斗进入了白热化的阶段。沈振新亲临前线指挥战斗，刘胜陈坚的部队首先攻上了山腰，与敌展开了肉搏争夺战。

    战斗异常残酷激烈，凶恶的敌人顽固效忠张灵甫，拒不投降，以期抓取任何一线获胜得救的希望。沈振新的部队发扬了高度的牺牲精神，拚命向前，决不后退半步。在挽救危机的关头，团长刘胜壮烈牺牲。刘胜的牺牲进一步激怒了战士们的情绪，终于攻占了孟良崮敌最主要的阵地玉皇顶。沈振新决定以陈坚的团固守玉皇顶，以有利地形对敌实施打击，同时又派出精干小部队，从绝壁悬崖上踏出一条路来，直捣敌人的指挥机关。小分队在杨军等的带领下，机智勇敢地接近了张灵甫的巢穴，与洞外及洞里的敌人展开了血肉拚杀，在激烈交战中，张灵甫被乱弹击毙。

    失去了指挥的敌人，见败局已定，纷纷弃枪投降。骄横一世的七十四师至此终于全军覆没，孟良崮的主峰上飘扬起了我军胜利的旗帜。