此战关系到粉碎敌人的重点进攻，关系到全局胜败，叶飞想，自己怎么能回避这个责任呢？叶飞代表l纵全体同志，坚决地承担了这个任务。
叶飞回到纵队部，4个师的师长、政委都在等侯他。叶飞和大家交换意见之后，说“同志们，责任重大，我们一定要不惜牺牲完成任务！一定要分割敌整编74师和整编25师，并从中间穿插过去！”接着，叶飞进行了具体部署：以第1师攻取塔山、尧山，打掉整25师的牙齿，割断整编25师和整编74师的联系，并阻击敌整编65师东援。以第3师为第二梯队。以第2师、独立师向纵深穿插，与友邻会师后全力攻击孟良崮。由叶飞带领1、3师，何克希副司令员，谭启龙副政委随2师、独立师行动。
5月13日黄昏，战斗开始了。叶飞赶到老鼠峪子，督促2师、独立师前进。1纵部队开进时，敌整编74师也正在向孟良崮开进、收缩。由于两军过于靠近，叶飞亲眼看到山地敌军的运动。敌人在山岗，我军在山坡。叶飞此时知道他们是敌军，而敌军却以为我军是他们的友邻整编25师，不吆喝口令，不打枪。当时暮霭浓重，视线不清。这时机是稍纵即逝的，决不能有一丝一毫的犹豫。如果犹豫了，部队停下来，敌人就会发觉是“共军”，火力一压，处境十分危险。在这个节骨眼上，叶飞在电话上下了一道死命令：“不理敌人，继续前进！”
与此同时，1师攻占塔山、尧山。至此，我1纵完成穿插分割任务，切断了敌整编74师与整编25师的联系，打退了敌整编65师的进攻。5月14日2时，独立师攻占天马山、界牌。但第8纵队因路远未能赶到与1纵会师。天明，从报话机上侦听到敌整编74师各部都在行动。叶飞估计该敌可能想恢复与整编25师的联系，还可能迅速撤向孟良崮。
上午9点，野战军指挥部指示，要1纵独立师和第2师不顾牺牲，猛攻孟良崮。除1个团在它正面阻击敌整编25师外，其他5个团全力攻击。此时，敌整编74师已后撤，我第8、第9纵队不可能赶到，而第6纵队也要到第二天才能赶到，一定要攻占孟良崮才能阻击敌人。因此，叶飞又命令第1师和3师攻击前进。下午3点，敌整编74师率3个旅已到达孟良崮。因此野战军指挥部电示1纵暂停对盂良崮的攻击。
5月14日整天战斗都十分激烈，敌我反复争夺各个阵地。塔山、尧山被敌重占，又复夺回；凤凰山、曹庄、天马山、蛤蟆崮不时告急。敌整编74师师长张灵甫狂妄地提出，要坚守孟良崮，以他为“磨心”，拖住我军，四面围攻，企图碾碎我1纵。于是，蒋介石严令敌整编25师、整编26师、整编83师和第5军等部，从东、南、西三面猛烈攻击。1纵各阵地均遭敌军数次进攻，与敌血战竟日，整天笼罩在烟火里。
5月15日拂晓，我独立师第1团和我第2师第6团夺回了330高地和285高地，重占围攻盂良崮的有利阵地。同时各友邻部队亦进逼孟良崮，第9纵队攻占孟良崮高地一处；第8纵队正围攻芦山；第6纵队已进抵垛庄；第4纵队前锋直逼520高地。
敌整编74师遭我各路大军压缩于盂良崮荒山后，在各路进援部队的呼应下，企图以58旅掩护向西南突围。叶飞即令第1师第1团进抵北庄，第2师第4团进抵石王河集结，以截敌突围。张灵甫发觉我大部队抵达其周围，后路已为我军切断时，则改变战役部署，固守孟良崮及以西600、540、520一带高地，坚守待援。
这时，陈毅给叶飞来电话传达了党中央和毛主席的指示：不要贪多，首先歼灭整编74师，然后再寻战机。指出当前1纵队的主要任务是协同兄弟纵队把整编74师这个轴心敲掉，这样，敌人就没有巴望了，我们也就免得两边作战了。如果拖延下去，情况的逆转是可以预料的。
军情紧急，刻不容缓。叶飞掂量了一下陈毅讲话的分量，下决心从阻击部队中抽兵，集中力量向孟良崮攻击。一面挡住‘百万大军’，一面剜出‘上将首级’！谭启龙、何克希以及参谋长张翼翔等人都同意这样办。研究了具体部署后，叶飞抓起电话，亲自向各师师长交代任务。接着又把1师师长廖政国找来说：“我把主力部队都拿去攻击孟良崮了，只留给你从地方上刚升级的3团、9团，加上你师2团，扼守60多公里的阵地，挡住敌人2个整编师。”
廖政国有勇有谋，打仗从来不讲条件，他一声未吭，接受任务就走了。
敌人遗尸遍地，还是整群成团地向我军阵地上涌来，炮火没有间歇，部队不分队形。中午，我三山店、交界墩的阻击部队伤亡殆尽，阵地被敌人强占。下午4点，界牌又被敌人占领。随后，天马山、覆浮山、蛤蟆崮全线告急，敌人已攻上天马山的山腰。接着，部队与指挥所失去联系。
叶飞手里已没有预备队，别的部队也赶调不及，怎么办？正在天马山危急之时，有一支部队在山沟里向东急进，这是我第4纵队第38团的1个营。廖政国立即命令该营即刻赶援天马山。并指着天马山说：“天马山阵地的得失，关系重大。如果敌人打通联系，全局皆输。我手里只剩下七八个警卫员，只有使用所有到达这个地区的部队。”那位营长考虑了一下说：“好，为了整体利益，我们执行你的命令。”这个营赶到天马山，和守军一起，终于将敌击退。
十、许世友：你们师长当团长，团长当营长，带头冲
担任正面攻击的，是陶勇司令员率领的第4纵队和许世友司令员率领的第9纵队。他们于5月13日夜向敌整编74师发起反击，经过激战，一举占领黄鹿寨，佛山、马牧池、隋家店等要地，进逼孟良崮、芦山地区。
自13日晚，敌整编74师各前沿据点被我军攻占后，师长张灵甫仍全力执行其原定于14日上午进占坦埠的计划。不久，得知我第9纵队攻占马牧池之后，又犹豫不定。14日10时，得知我第8纵队占领天马山，并向万泉山进击，第6纵队向垛庄进击时，张灵甫如梦方醒，见势不妙，立即部署部队向垛庄、孟良崮地区收缩，准备固守。同时组织其部队向迂回右翼的第1纵队反击，企图向国民党军整编65师及第2、第3兵团靠拢。但为时已晚。
我军发现敌人有后撤的征候，立即乘胜猛攻。原来处于进攻态势的敌人，突然收缩后撤，又遭我军追击、侧击，道路全被切断，无法退回垛庄，被迫于当夜将主力龟缩在芦山、孟良崮的狭窄山区，部队无粮无水，陷入绝境。
15日这天，我军集中主力四面围歼缩在芦山、孟良崮的整编74师。敌我双方都是以主力对主力，以进攻对进攻，都期求全力、快速战胜对方。我华野如不能在很短的时间内消灭敌整编第74师，将陷于被动地位。在这关键时刻，华野首长对全体参战部队下了最坚决的命令。陈老总发出号召：“歼灭整编74师，活捉张灵甫”。
根据战场情况，我华野指挥部进一步调整了部署，于15日13时发起总攻。我军在强大炮火掩护下，从四面八方像潮水一样涌向敌人阵地。敌人拼死顽抗，我攻击部队同敌人搅成一团，展开白刃格搏，每一阵地都经过反复争夺，几次易手。我参战部队以“攻上孟良崮，活捉张灵甫，歼灭整编74师”为目标，前赴后继，奋勇争先，越战越勇。各部队都采取纵深梯次部署，不断增强后劲，保持连续冲击，越战越强，敌人开始顽强抵抗，以后渐渐支持不住了，张灵甫曾经梦想的”‘中央开花”成了泡影。
与此同时，敌增援部队在我阻击部队的顽强防御和积极反击下，或被歼灭，或伤亡惨重。其中敌人的两支王牌部队整编11师和第5军被我军第3、第10纵队如铁钳般紧紧咬住，移动十分困难。由于我阻援部队顽强作战，敌军各部队以为遭到我主力部队的围攻，都呼叫对方向自己增援。求援无望，张灵甫只好企图突围逃命。开始向东南，想向整编第83师靠拢，但立即被我第8纵队击退；接着改向西突围，欲向整编第25师靠拢，又被我第1、笫6纵队击退，黄昏后，其残部龟缩在520高地至芦山一线的沟、崮之中，作困兽斗。
敌人临时占领了芦山、盂良崮阵地，满山都是岩石，难以构筑工事，人员、马匹、辎重完全暴露在我军的强大火力之下。敌人空投的粮、弹也多半落在其阵地之外，为我军所获。整编74师连日来伤亡累累，弃尸遍野，残存的又陷于内无粮草、外无援兵的绝境，乱成一团。
我攻击部队集中强大炮火猛轰敌群，山上一片火海，血肉横飞，敌整编第74师的人马东躲西藏，争相逃命，战斗队形完全混乱。张灵甫和他的少数人员藏在一个山洞里，拼命向南京呼救。我各路攻击部队乘机突入敌人阵地，以白刃格斗消灭顽抗残敌。
5月16日，战斗进至白热化阶段。9纵队指挥部随部队进展靠前指挥，这是9纵司令员许世友的一贯作风。我9纵25师同26师合力攻击，奋勇冲杀，与敌人展开白刃战，战斗异常激烈。有的山头反复争夺，达十五六次之多。
这时，陈毅司令员打来电话，询问9纵进展情况，许世友斩钉截铁地回答：“现在已经打成这个样子，还能让敌人跑了？我手头还有一个师没有用上，74师不要想从我这里跑掉一个人！通通打完，把它消灭！”
陈司令员以他特有的宏大嗓门说：“好！现在要不惜一切代价，把孟良崮拿下来。谁打下孟良崮，谁就是战斗英雄！”
放下电话，许世友意识到最后突击的时机已经到来，当即命令各部调整加强战斗组织，抽调机关人员补充战斗部队，并将所有预备队全部投入战斗。许世友对25师师长肖镜海说：“你们师长当团长，团长当营长，营长当连长，带头冲！”各级干部遵照许世友的命令，身先士卒，给部队极大的鼓舞。
在600高地上，我部缴获了敌人6门榴弹炮，一时寻不到炮手，最后在俘虏群里找到几个炮手，他们都是被抓壮丁抓来的，早已恨透了国民党军队，都卷起袖口说：“长官，你放心，他们哪里有人，我们都知道！”说着，他们马上掉转炮口，向孟良崮主峰猛轰。
十一、副团长：告诉6连长，10分钟内拿不下来，枪毙他
520高地是孟良崮主峰向西北延伸下来的一个高地，顶部面积有几百平方米，四周有一圈高约2米的较厚的石垒围墙，好像是个不带盖的大碉堡。高地西北侧，岩石陡峭。石围子下面是20米左右的悬崖峭壁。山上无水无树。由于地势险要，便成了敌人整个防御体系中西北方向的一个安危点。
4纵12师34团受命负责攻占520高地。
从地形和敌情上看，要拿下520高地，除了以主要兵力实施突击外，还必须以一部兵力首先攻占无名高地。这样，既可以保障主攻分队的侧翼安全，又可以取得立脚点，适时向右侧后迂回。于是，34团副团长秦镜给各营连具体分配了任务，明确了协同动作的信号。
夜幕降临以后，敌人断续发射的照明弹，把高地四周照得通亮。我34团一支支队伍隐蔽前进，按时到达了冲击出发阵地。战士们焦急地等待着，觉得时间过得太慢了。
5月15日19时45分，攻击开始了，一串串炮弹呼啸而过，在敌人阵地上开花，放出一团团火光。火力急袭以后，炮火开始延伸。连长冯如生按照预先规定，带领特务连顺着山坳向无名高地发起了冲击，敌人的工事被炮兵打得七零八落，大部分火力点被炸哑了，特务连趁势突入了敌前沿阵地。经过1个多小时的反复争夺，敌人丢下大批尸体和伤员，纷纷向后逃窜。特务连终于占领了无名高地，夺得了攻击520高地的立脚点。
无名高地距520高地约200米，是西面的一道屏障，占领了它，520高地就直接暴露在我军火力威胁之下。据守在520高地的敌人也看出了这着棋，他们不甘心失败，便在炮火的掩护下，狂喊乱叫着沿山梁向无名高地再次进行反击。敌人试图重新夺回无名高地的计划遭到惨败以后，整顿残兵败将，妄图坚守520高地。
在特务连攻击无名高地的同时，2营的6连和5连，也从山腰向520高地进行了猛烈的攻击。
15日午夜，师部参谋传达了华野政治部钟期光副主任的指示：“务必在16日拂晓前发起总攻，一定要当天解决战斗！”“谁先打下520高地，立大功一次。”
考验每一个干部战士的时候到了。为了按时完成任务，秦镜副团长稳定了一下自己的情绪，重新调整了部署。令5连向520高地东北角迂回突击，打敌人的左侧后，6连从正面向高地实施主要攻击。蒋新生政委随后又到36团那里，与36团协调动作，由36团从侧后向520高地发起攻击。
16日2时左右，敌人据守的520高地沉没在烟雾里，战士们察看着周围的地形，等待着攻击的命令。不久，全线攻击开始了。随着冲锋号声，特务连战士如离弦之箭，从山梁向敌人直插过去，6连和5连的指战员个个像爬山虎，顺着陡峭的山壁冲上高地。敌人以猛烈的火力拼命顽抗，我攻击分队在敌人密集的火网下，被压得抬不起头来。第一次攻击受阻，与敌人形成对峙。