18日，攻城东兵团依托有利地形，在炮火支援下，巩固了茂岭山、砚池山、回龙岭等既得阵地．并不断击退守军反击。攻城西兵团继续分路猛进，第10纵队攻占杨家庄、吴家庄、尤李庄、大刘家庄等以北地区阵地，并以炮火控制了济南飞机场；第3纵队相继攻占琵琶山、玉垒山、簸箕山等阵地；鲁中南纵队攻占了党家庄、岳尔庄、南北康尔庄、甲山坡等地。
19日，东兵团第9纵队攻占马家庄、燕翅山、平顶山一带阵地，其前锋直逼外城城下；渤海纵队攻占尹家庄、洪家楼、华山、卧牛山、狗天山、还乡店等地。吴化文于19日晚率部起义并让出西部防区，攻城西兵团即乘势疾进。为迅速扩大战果，攻城集团遂将预备队第13纵投入西兵团作战。第13纵队接收龙窝防务并占领兴隆山、马武寨、青龙山、郎茂山、万灵山阵地，逼近商埠；
第3纵队接收腊山、段店、陆军营房，逼近商埠；鲁中南纵队接收白马山、七星山、井家沟、辛庄、十里铺、王官庄，逼近商埠。
20日拂晓，攻城西兵团基本上占领了商埠以西阵地。
（三）整编第96军起义
中国共产党历来重视对国民党军开展兵运工作。中共中央华东局早在1947年召开国军部工作会议时就决定：中共济南市委工作的重点是为解放济南做好一切准备，其中包括搜集和提供各种可靠情报，大力开展对国民党军整编第12军军长兼整编第12师师长霍守义和整编第96军军长兼整编第48师师长吴化文的政治争取工作。霍守义原为东北军，长期追随蒋介石与解放军为敌，顽固不化，拒绝归顺人民方面，兖州战役中，被山东兵团俘虏，其部被歼灭。整编第96军军长兼整编第84师师长吴化文，早年参加西北军，中原大战后追随韩复榘投靠蒋介石。抗日战争期间任伪军第3方面军上将总司令。有卖国殊民之罪。抗战胜利后，任国民党军第4路先遣军总司令、整编第84师师长。潍（县）、昌（乐）战役中，整编第96军军长陈金城被解放军俘虏后，王耀武为拉拢吴化文死守济南，保荐其接任整编第96军军长兼整编第84师师长，指挥整编第2、第84师、独立旅及保安第8旅、特务旅、青年教导总队（相当予旅）等8个旅。防守济南西守备区。吴化文系国民党地方军将领，与黄埔系将领貌合神离，对蒋介石、王耀武既抱幻想，又惧吞并，多年与解放军作战，屡屡失败。兖州战役时奉命增援霍守义，其整编第84师1个主力旅在大汶口被围歼，旅长被俘。因此更恐慌、懊丧，认为再打下去其老本要丢光。
济南战役前夕，更深感战局于己不利，前途黯然，对蒋介石失去信心，表示要与共产党直接接洽，找陈毅军长联系起义。
8月上旬，中共济南市委对吴化文进行了认真细致的分析研究。认为：较长时间来．通过各种渠道向吴化文本人及亲属做工作，吴对中国共产党和人民解放军的政策是知道的。在解放军对济南势在必夺的形势下，其人为不蹈霍守义复辄而在关键时刻走弃暗投明道路是可能的。因此，在加强军事打击的同时，加紧了政治争取，力争促其率整编第96军战场起义。中共中央华东局同意济南市委意见并提出上、中、下三策供吴化文选择：上策是单独起义，解放济南；中策是里应外合，配合解放军解放济南；下策是顽抗到底，死路一条。根据上级指示，济南市委在整编第96军军部兼整编第84师师部成立了中共地下工作领导小组，针对吴化文犹豫、动摇和反复，进一步阐明了共产党和解放军的政策，开导其认清时局，消除幻想和顾虑，毅然率部起义，归顺人民方面来。
9月初，华东野战军确定对吴化文“一面坚决攻打、一面争取战场起义”的方针。认为：吴化文善于应付，但在强大军事压力下。起义或配合行动是有可能的。要正告吴化文，解放军一定要解放济南，而且一定能解放济南，为其自身着想。希望他早日行动。行动时，若不能扣住王耀武、占领飞机场，则让出一条路也是一功。起义后，人民解放军保证其生命财产安全，所部按解放军的原则实行改编。
9月12日，吴化文终于与中共济南市委沟通了电话联系，18日晚派出代表同人民解放军接洽起义事宜。19日晚率领整编第96军军部兼整编第84师师部、第155、第161旅、独立旅等部约2万余人战场起义，将济南飞机场及周围防区移交人民解放军攻城西兵团。攻城西兵团乘机向商埠疾进，至20日拂晓。全部占领商埠西面的外围阵地。至此，王耀武宣称可防守半个月的外围防御地带，仅4天就全部被人民解放军占领。
朱德总司令对吴化文率部战场起义给予实事求是的评价。他说：“吴化文的起义，我们不能过低估计，对我们打下济南起了相当作用。今后的作战，就是需要有这样的起义。当然吴化文即使不起义，我们同样可以打下济南。”毛泽东主席、朱德总司令、华东野战军司令员兼政治委员陈毅、代理司令员兼代理政治委员粟裕等均致电祝贺吴化文光荣起义。勉励吴化文团结部属，力求进步，改善官兵关系、军民关系，为革命战争在全国的胜利而奋斗。
9月25日，起义部队北渡黄河到达禹城地区，受到解放区军民热烈欢迎。吴化文向全国发表起义通电。忠告国民党军官兵“应知我辈参加蒋贼内战，已属不义，若再作无益之抵抗与无谓之牺牲，更为不智”；“唯一出路，即为起义加入人民解放军，痛改前非，以求将功赎罪，果能毅然为此，必能得到人民之谅解。”10月，起义部队改编为中国人民解放军第35军，下辖3个师，吴化文任军长。
（四）攻占商埠
9月20日，中共中央军委电示粟裕、陈士榘、唐亮、张震，指出：在吴化文起义和攻城集团进一步攻城达至最紧急情况下，王耀武可能向天津或向青岛或向临沂等处突围逃跑，华东野战军应从各方面布置，不使漏网，达到全歼。刘峙已令邱清泉兵团集结临城待命援济，应迅速集结阻援打援集团全力于邹县、滕县地区，准备歼击援军。粟裕随即对攻城和防守军突围逃跑作了如下部署：
令第11纵队由曲阜进至莱芜、新泰、蒙阴和临沂地区，第6纵队由邹县、泗水进至新泰，苏北兵团抽调1个纵队进至蒙阴桃圩地区，组成3道防线，以便截击济南突围之敌。第1纵队主力位于济（宁）、兖（州）间机动。
指示许世友、谭震林、王建安，在攻城集团完全控制商埠以西（包括飞机场）以南、西南及城东和东南阵地（仅千佛山、马鞍山、四里山等地仍有守军据守）后，战局可能迅速发展。应令各部就现态势，以第3、第10、第13纵并力迅速向商埠攻击，得手后。则全力攻城。
要求华东军区各军分区，迅速做好堵截济南守军突围的布置。
同时，详细研究了徐州地区邱清泉、黄百韬、李弥兵团可能北援情况，进一步修订了阻援、打援作战方案。
人民解放军勇猛神速的进攻和吴化文率部战场起义。打乱了济南国民党军防御部署，在国民党军统帅部引起极大震动，动摇了王耀武固守济南的信心，准备率部突围。他分别致电南京国防部和徐州“剿总”说：“吴化文部投共，济南腹背受敌，情况恶化，可否一举向北突围。”蒋介石回电严厉斥责并再度命令“将阵地缩短，坚守待援”。同时。严令邱清泉、黄百韬、李弥3个兵团“星夜前进，以解济南之围”。参谋总长顾祝同、徐州“剿总”总司令刘峙也复电王耀武“固守待援”。不得擅自弃城突围。
王耀武为拖延时间，等待援军．随即令部队变更部署。先令守备商埠土围子的部队，掩护主力变更部署。令守备黄河南岸的特务旅、保安部队，守备黄台、农林学校、红家楼子、马家庄等处的整编第73师及第19旅和守备兴隆山、郎茂山的整编第2师第213旅及保安部队撤回市区，配置于外城及内城；又将从西守备区撤回的整编第2师第211旅和保安部队配置于商埠及省立医院、打包厂、火车站；令整编第74师第172团一部及保安部队。
固守邮政大楼。
商埠是济南城西工商业集中的地区。国民党山东省党部、第2绥靖区司令部均设在该区。许世友、谭震林、王建安依据中央军委和华东野战军首长的指示。决定抓住有利战机，实施连续突破，不使守敌有变更部署、加修工事和喘息机会。遂令西兵团立即向商埠实施突击、东兵团一面继续肃清城东外围残余据点，一面做好总攻城垣准备。
1948年9月20日黄昏的济南城商埠，静静地伏卧在西斜的残阳中。
这又是一处令王耀武无比自豪又无比自负的、已接近完美的、似乎坚不可摧的防御阵地。
不能不说王耀武在商埠防御上有创举。
商埠无城墙拱围，无护城河。
王耀武竟动用巨大人力，由西向东，开挖了一条宽15米，深3米，长100壕沟，并把沟土堆入壕的内侧，形成了一道3米高的土围墙，在土围墙上筑起地堡和掩体。
这道土围墙，与遍布商埠内外的3000多个碉堡，火力点、炮阵地、掩体，与高中低互为配合的上万个射击孔连接结合成了一道纵深达10余里的防御阵地体系。
而且，在横断主要街道和交通的壕沟上架设便桥，在桥的两头修筑坚固的桥头堡，用交叉火力封锁桥，阻绝通行，王耀武和他的部属称之为“卡子门”。
还有，在每个路尤其是十字路口、巷口，在每处重要建筑和机关、部门的大门口，都筑有高低火力配备的地堡，在高大建筑物的楼上窗口，则用泥土装进麻袋堆垛，封住窗口，只留出射击孔。
商埠，也被王耀武称之为“固若金汤”。
攻南商埠的我军主力是刚奉许世友命令投入战斗的总预备队第13纵。
3纵，鲁纵也同时发起对商埠的攻击。
王耀武确非无能之辈。在西线空虚、军心动荡的情势下，他在短时间内完成了西线守军的重新布阵，并迅速恢复了战斗力。这是许多懂得军事的人都十分称道的。然而，军心上的失重却是他难以平衡的。
与国民党守军的情形相反，吴化文的起义犹如给战斗力十分旺盛的解放军又增添了一把烈火。第十三纵队司令员周志坚在接到攻击命令时欣喜若狂。他抓起电话要通第三十七师师长高锐，语调里充满着自信、坚定与严厉：
“攻城兵团命令我纵会同兄弟纵队向商埠之敌进击。我命令你率三十七师从辛庄进入商埠，向经七路的两个‘卡子门’实施突破，然后沿经七路向外城进攻！”
与此同时，宋时轮下令三纵、鲁中南纵队和他直接指挥的十纵数万人马，同时发起对商埠的攻击。
两路大军犹如狂涛从多路向商埠猛扑过去。
黄昏。从硝烟战云笼罩下的青龙山上遥望商埠，夕阳余辉下一片血色。18时，攻城部队的炮火在十里方圆的商埠国民党守军阵地轰响，大地在抖动中。商埠守军在王耀武的严令下奋力挣扎。在解放军第十三纵队攻击的正面，西起辛庄营旁，向东沿齐鲁大学至体育场一线，筑有一条宽一点五米、深三米的壕沟，沟土向内翻，形成一条三米高的土围墙，墙上筑有地堡和射击掩体；在横贯主要街道的壕沟上架设便桥，两侧有桥头堡，即为“卡子门”。在商埠内各主要街道、巷口和机关门口，筑有多为两层火力的地堡。在高大建筑物上有用沙土麻袋堆垛的射击掩体，火力可以相互支援。
第109团向辛庄西“卡子门”猛烈进攻。
第110团向辛庄东“卡子门”猛烈进攻。
这两支部队都是抗日战争中在胶东大地身经百战成长起来的主力。他们一路爆破突击，攻击前进。
酣战正烈的深夜，第三十七师师长高锐向周志坚报告他的部队的进展情况：
18时25分实施，第109团一营在营长田军的带领下对“卡子门”两侧地堡爆破，部队勇猛顽强，一举打开了进入商埠的门户，并占领了南槐树大街以西及其两侧地区。19时，109团二营、三营投入战斗。他们沿经七路向东进攻。敌人的火力十分猛烈，他们机智灵活地避开敌人的火力阻击，沿大街两侧房屋打通墙壁前进，然后从后面向固守之敌攻击，守敌多为我零星歼灭。
周志坚高兴地问：“是谁教给他们这种‘凿壁攻击’办法的？”
高锐笑了：“我不知道。但我知道我们的战士是聪明的。难道不可以说，战争是他们的老师吗？”
周志坚说：“你给我查一下，战后我要亲自给创造这种战法的同志记功，带上光荣花！”
高锐说：“我马上向全师通报你的话，这是对我三十七师同志最好的战斗动员。”
十三纵的前卫部队109团的攻击进展顺利。当他们占领纬十二路时，师部命令他们巩固既得阵地，掩护第111团加入战斗。111团继续沿经七路向东发展，经一夜苦战，至21日5时已达济南外城永绥门杆石桥外一带，并巩固了既得阵地。
进攻部队并非全部进展顺利。十三纵的第110团二营在辛庄东“卡子门”的突破未曾得手。国民党守军的拼力阻击使二营受挫，不少战士倒下了，攻击停了下来。高锐心急如焚，他趁夜色步行来到110团指挥所，在询问了攻击未果原因后命令三营营长刘坤：
“你率部队由109九团突破口进入，向东进攻？策应二营！”
刘坤，这位后来被授予华东“一级人民英雄”的汉子，到济南战役打响前，已经是六次负伤并被评为一等残废了。他的勇猛的战斗作风和精明机智深得高锐师长赞赏。漫长的时光并没有消磨他的记忆，后来担任军事科学院副院长的高锐清晰地记得刘坤的那份请战书：
敬爱的团党委和和团首长：
请先收下我的这张“残废证”。我虽6次负伤，被评为一等残废，可是一个共产党员负点伤算得了什么！况且这些伤又都好了，有疤痕在身上就行啦，还要这证干啥！
请求党批准我参加济南战斗吧！
刘坤受命后立即率三营由第109团的突破口勇猛插入国民党守军背后，与二营内外夹击，一举歼灭了守军。他没有辜负高锐师长的厚望，也证明了这位师长的用兵和战法的精明。第110团进入商埠以后，沿道德街向东疾进，至得胜街时歼守军一个连，进而占领杆石桥外居民点，隔桥与守军对峙。这时，守军第二一三旅一部在炮火掩护下从外城经杆石桥向解放军阵地反击，但其后方遭严重打击退回原来阵地。
一轮朝阳在激战中悄悄升起，新的一天又开始了。
在第十三纵队的野战指挥部里，司令员周志坚不断得到战况报告：
“担任第二梯队的第三十八师各团于20日21时进入商埠，沿经九路与经十路之间向东推进，进至齐鲁大学附近，遇敌青年教导总队反击、我当即予敌以迎头痛击，经40分钟激战，歼敌一部，余敌溃退回齐鲁大学。