迅速撤回兖州，留下当地保安部队与我军作战。

    七纵没费多大力气，就歼灭了一个保安团，解放了曲阜。几天之内，山东兵团连续收复蒙阴、邹县、泗水等8座县城，扫清了兖州外围。6月20日，七纵和鲁中部队包围兖州。九纵、十三纵也从济南方向奉命南下，配合作战。

    兖州被围，李玉堂急忙向徐州告急。徐州“剿总”总司令刘峙急忙将苏北的黄百韬整25师用火车北运，增援兖州。山东兵团留下十三纵一个师监视济南方向，将九纵、十三纵主力调往泗水、曲阜，命令七纵撤围，从兖州南下准备打援。

    这时，国民党军察觉山东兵团围城打援企图，加上豫东战场区寿年兵团求援甚急，即令25师转援豫东。

    6月30日，25师乘火车掉头南去，山东兵团尾追不及，又重新包围兖州。

    7月1日，山东兵团逼近兖州近郊。7日夜，第七纵队攻克西关，鲁中军区部队攻克旧关。

    7月12日傍晚，总攻兖城的战斗打响了。

    第七纵队并指挥第十三纵队两个师担任主攻，从老西门两侧突击攻城。鲁中军区部队从城北佯攻钳制，第十三纵队第39师向城东佯攻配合。攻城部队当晚即多路突破城墙，突入城内，与敌开展激烈巷战。

    7月13日中午，我军已经控制了兖州城西、南街区，残存在城东南的敌军已无斗志，黄昏时从东门向外突围，遭到我军炮火拦截，并被埋伏在东门外的十三纵39师包围。除李玉堂化装逃跑外，霍守义以下2万人被俘虏。原来预计要打10天的兖州战斗，一昼夜就胜利结束了。

    我军进攻兖州时，王耀武派吴化文率84师从济南出援。吴化文部是伪军改编的部队，一向遭王耀武排斥，分配装备物资靠后，打仗卖命让他们靠前。吴化文一肚子委屈，又不能抗命。7月初从济南出发，一路上磨磨蹭蹭，一天前进10公里。7月12日，84师到达大汶口，次日先头部队161旅渡过汶河，进至太平镇一带。许世友得知济南之敌南下，命令九纵从泗水出发北上，歼灭84师。

    13日夜，九纵从南驿地区冒雨出击，一夜急行军数十里。王耀武在获悉兖州失守的消息后，估计我军会回头来打吴化文，就在这天命令吴化文撤回济南。吴化文前进动作缓慢，后撤却行动迅速。

    九纵其他部队渡过坟河追击敌军，但吴化文跑得太快，只截到第155、第211旅一部。到15日21时战斗结束，九纵共歼灭84师近万人，其中俘虏161旅旅长以下7，584人。我军再度占领泰安、大汶口等地。吴化文损兵折将逃回济南，遭到王耀武严厉训斥。

    山东兵团在津浦路中段连续战斗50天，使山东局势和敌我力量对比发生了根本性的转变。我军攻克兖州、泰安等津浦路中段城市，完全切断了济南与徐州的联系，也切断了华北傅作义集团与中原国民党军的铁路交通。

    山东兵团从1948年3月到7月的作战中，歼灭国民党军正规部队和地方反动武装共14万余人，恢复了老解放区，又解放了大片新区。国民党军在山东只剩下济南、青岛、烟台、临沂几个孤立城市，处于被动挨打的局面。山东解放区则连成一片，并与华北、中原解放区打通了联系。山东大批中小城镇的解放，使解放区人口和经济实力大为增强，为支持华东野战军进行战略决战创造了可靠的后方。