1946年12月18日，中共中央军委致电陈毅、粟裕：“庆祝宿沭前线大胜利，望对一切有功将士传令嘉奖。”并指示，“第二步作战，拟以集中主力歼灭鲁南之敌，并寻机收复枣峄台（枣庄、峄县、台儿庄），使鲁南获得巩固，然后无顾虑地向南发展，逐步收复苏北、苏中一切失地。”陈毅和粟裕率领山东、华中野战军主力，从宿北迅速进抵鲁南。
12月20日，鲁南国民党军整编第三十三军、整编第二十六师、第五十一师及第一快速纵队进占卞庄、兰陵、税郭等地。我鲁南军区部队进行顽强阻击与反击，毙伤国民党军1000余人，并击毁坦克六辆。国民党军被迫停止前进，转为防御态势。
同日，在南京“国防部”，蒋介石亲自主持召开军事会议。会上，先由参谋总长陈诚详细阐述在鲁南地区的作战方案。随后，国防部长白崇禧说：“七十四师日前陈兵沭阳地区，应在那里与共军作战为好。”蒋介石见势说：“从共军近日动态来看，陈毅、粟裕有去鲁南捞便宜之意。因此，我要求整编第二十六师师长马励武、整编第五十一师师长周毓英、第三十三军军长冯治安加紧准备，待共军一到鲁南，将其彻底消灭。决不允许类似宿北情况再次发生！”陈诚当即表示：“请委员长放心，我明晨即飞往徐州，将委座旨意和作战方案面告薛岳，要他尽快部署，以打赢此次战役来将功补过！”
陈毅和粟裕也召开会议，专门研究下一步对敌打击方向和打击目标。陈毅坐在一张长条桌子的正中，一言不发，只是不断地抽着烟。屋中充满了烟雾，大家踊跃发言，激烈辩论。有的认为敌整编七十四师太骄横，应先在沭阳地区围歼他们；有的主张围歼桂系敌军；还有的建议回师淮北，调淮阴、涟水的敌人回援，然后歼灭之。但直到黄昏，才形成三种方案。
其一，歼灭由涟水北犯沭阳之敌整编第七十四师。华中野战军部队可就近调整兵力，但敌整编第二十八师和第七军等部已沿六塘河设防，不易分割。
其二，乘国民党军后方兵力空虚，出击淮北，威逼徐州。这一行动可调苏北、鲁南之敌回援，可于运动中寻求歼敌机会。但深入敌后方须有准备时间，若敌未被调动，我军将陷入被动。
其三，挥师山东临沂西南，寻歼敌整编第二十六师等部，巩固后方。部队须长途转移，但有利条件甚多：老区群众基础好，可隐蔽我军作战意图；驻守该地的敌三十三军系西北军，整编第五十一师为东北军，他们为保存实力，一遭打击，即行收缩；而驻守该地的敌整编第二十六师，自恃为蒋介石嫡系，又有第一快速纵队附属于己，盛气凌人，与友邻关系不好，目前所处位置又比较突出，与左右翼空隙较大，有利于分割寻歼。
直至晚上八九点钟，陈毅还在与身边的粟裕、新四军兼山东军区参谋长陈士榘等领导一边嚼着馒头，一边低声商议。最后确定采用第三方案，并由陈毅拟制电报。陈毅将电报反复修改后，交给参谋主任王德，立即发往军委。
12月25日，中共中央军委电示陈毅、粟裕：“鲁南战役关系全局。此战胜利，即使苏北各城全失，亦有办法恢复。你们必须集中第一、第六、第八、第四、第九、第十师及一纵、警旅等部，并有必要部署准备时间，以期打一比宿北更大的歼灭战。第一仗拟以打二十六师3个旅为适宜，因该师系鲁南主力，该师被歼，全局好转。若先打冯部，则恐一时不能解决鲁南问题。”
在作战会议上，陈毅说：“我们的参战部队正在向鲁南峄、枣、台地区逼近，与敌交战已迫在眉睫。在那一带有敌2个整编师和1个军，其中二十六师为蒋介石嫡系，师长马励武是黄埔军校第一期毕业生，曾任蒋介石的副侍卫长，颇得重用。此人是个热衷吃喝、迷恋女色之徒，在军事指挥上没有多少道道儿。我们在宿北，一举歼敌一个整编师。这次争取歼灭他两个师，叫蒋介石伤心得更厉害一些，开创军委提出的‘使鲁南获得巩固，然后无顾虑地向南发展’的局面。”
12月30日，陈毅报告中共中央，决定1947年1月2日开始打敌二十六师，而后打冯治安部。
山东、华中野战军决心集中二十七个团的兵力围歼敌二十六师，其部署是：以第八师、鲁中军区第九师、鲁南军区第十师、第四师之第十团、滨海警备旅共12个团组成右纵队，由鲁中军区司令员王建安、政委向明、鲁南军区政委傅秋涛、副司令员郭化若统一指挥，以主力攻歼敌四十四旅，并切断敌向峄县、枣庄的退路，以一部兵力割裂敌第一六九旅与第四十四旅的联系。上述任务完成后，再配合左纵队围歼敌整编第二十六师师部及第一快速纵队。由陶勇所部第一师和叶飞所部第一纵队共15个团组成左纵队，归陈士榘指挥，担负歼灭敌第一六九旅及第一快速纵队的任务。首先围歼卞庄之敌，同时切断敌整编第二十六师与整编第三十三军的联系，在右纵队配合下攻歼敌第一六九旅和第一快速纵队。鲁南第三军分区武装，以马头、新村段沿沂河东岸进行防御，保证主力侧翼安全，维护华中与山东的交通。并以一部兵力和精干民兵，挺进兰陵、邳县间及兰陵、峄县、台儿庄间，开展游击活动，破坏交通，监视敌人的活动。作战命令规定，各部均应于1947年1月1日拂晓前进入指定集结地域，战役发起时间为1月2日24时。
此时各部队正在进行紧张的战后工作，部队的庆功会还没有开，野战军首长立即北上的紧急命令便传达下来。于是，各参战部队迅速隐蔽北上。各部队一律夜行晓宿，行军途中，地方武装、民兵和人民群众主动协助我军侦察敌情、封锁消息、当向导、运粮弹……所有参战部队都利用行军的间隙进行临战训练，着重研究打坦克的方法。1947年1月1日拂晓前，各部队都按时到达指定的地域隐蔽集结，在紧张的战前准备中度过了元旦。
中央军委和毛泽东在战役发起前几个小时来电，勉励参战部队要以宿北战役为例，力争打大歼灭战，即每战全部彻底歼灭敌三四个旅。这个电报使参战部队倍感亲切并深受鼓舞。
1947年1月2日22时，各部队突然对敌发起全线攻击。
此次战役发起时间比原定时间提前2个小时，但敌人毫无觉察。
元旦这天，敌二十六师师长马励武已离开指挥位置，在马家庄师指挥部与几个同僚饮酒作乐。酒过三巡，马励武舌头不听使唤，语无伦次，派人把副师长曹玉珩和参谋长郑辅增找来，醉醺醺地说：“嗯……曹兄、郑兄，今晚我有要事，部队指挥权就交给你们二位了。”说完就跌跌撞撞地爬上美国吉普车，连夜赶至峄县城内，与唱红当地、年轻美貌的京戏女旦鬼混去了。
战斗一打响，敌军就失去了统一指挥。山东野战军、华中野战军各参战部队则动作迅猛，以排山倒海之势冲向敌人各守备要点，打得敌人晕头转向，仓皇应战。
右纵队激战至1月3日拂晓，除石龙山守敌一个营逃向杨家桥外，四马寨、平山、石城崮、青山、凤凰山、尚岩、石龙山均被攻克。
平山位于峄县东部，三面为陡峭的岩石，东西比较平缓，筑有四道防御工事，前沿有半月形鹿砦，砦内有高墙和碉堡、炮楼林立，鹿砦与围子相通。国民党军控守山顶的是二十六师四十四旅的一个加强连，该连武器精良、弹药充足。驻守平山前村的为四十四旅一营营部和二连、机炮连。
夺取平山的为鲁南军区第十师，师长贺健、政委张雄把主攻任务交给三十团。团长黄作军组织三营八连于当晚10时发起攻击，突破第一、二道工事后，遇到退居中心碉堡敌人的疯狂扫射。连长王广希指挥三次爆破未见成效，这时爆破能手赵学生夺过炸药包说道，“连长，我去完成任务！你叫机枪手们把敌人火力压住！”连长立即组织全连的火力进行掩护。赵学生利用有利地形，躲过敌人火力，迅速接近碉堡，用尽全身力气，硬是把炸药包塞进碉堡内，拉燃导火索，然后翻身滚下山坡。随着一声巨响，中心碉堡被炸塌了半边，敌连长和他的四十多个兵坐上了“飞机”。战后，鲁南军区为表彰这个连的功绩，授予其“平山连”光荣称号。一连从东南角发起攻歼平山前村守敌的战斗。从另一个方向发起冲锋的是二连，前进的道路被敌人从暗堡里射出的子弹封锁。爆破英雄、三排长朱孝春趁敌人换弹夹的瞬间，一跃而起，飞身冲到敌人地堡跟前，前贴门壁，对准敌机枪手就是一枪。其余敌人见势不妙，就从另一个堡门夺路而逃。朱孝春跟踪追击，跃至另一个暗堡跟前，发现里面有十几个敌人乱成一团，一个戴大盖帽、穿黄色呢大衣的家伙正在电话里向他的上司呼救。朱孝春灵机一动，拉动枪栓，大声喊道：“你们被包围了，不准动！谁动打死谁！”随后，又故作镇静，大声地向外喊道，“同志们，先不要开枪，都听我指挥！”在这一瞬间，堡内敌人扔出一颗正在冒烟的手榴弹。朱孝春急中生智，迅速拾起手榴弹，扔进暗堡，炸得敌人血肉横飞、鬼哭狼嚎，活着的都乖乖当了俘虏。
太子堂是向城通向峄县公路上的一个重镇，镇上驻有敌四十四旅旅部和所属的一个团，约2000人。担任攻取该镇任务的是鲁中军区第九师，师长钱钧、政委李耀文指挥所属二十五、二十六、二十七团对其外围制高点石城崮、青山、北大窑发起攻击。1月3日晚，暂划归九师指挥的鲁中军区四师十团团长高文然、政委曹南率部发起攻击时受挫。
鲁中军区王建安司令员和鲁南军区傅秋涛政委急令九师二十五团和二十七团火速向太子堂增援；令二十六团占领有利地形，阻击外围增援之敌，并派鲁中军区参谋长张仁初和政治部主任王一平速去九师，组织新的攻势。
张参谋长和王主任冒着漫天大雪，深夜赶至九师指挥所，与钱钧师长和李耀文政委共同研究敌情，重新调整进攻兵力。
1月4日3时，九师集中十门火炮，对敌阵地进行猛烈射击。乘着射击间隙，十团、二十五团、二十七团的勇士们像支支离弦之箭，扑向敌人。
二十五团团长彭玉龙指挥部队，不到5分钟便突破敌东北角防线，与敌展开激烈的巷战。接着，副团长戴成功带领十团二营，突破守敌西门防线，与敌展开逐屋争夺战。随后，部队分多路向敌步步进逼。战至6时，敌旅长蒋修三、副旅长于显文及以下数百人被击毙，敌团长王景星及以下2000余人被俘。
尚岩、凤凰山是攻击敌二十六师师部马家庄的要点。尚岩守敌为一个加强营，工事坚固，武器精良。担任攻击任务的是八师。在作战会上，何以祥师长说：“打蛇先打头。现在王（建安）司令把打二十六师这个‘头’的任务交给我们师，我们应该感到光荣。”丁秋生政委接着说道：“沧海横流，方显英雄本色。打败了劲敌，才能显出本领。这次我们来他个歼敌竞赛！”
1月2日21时，二十二团一营、三营发起攻击，仅用20分钟的时间，便完成了突破，很快吃掉敌人一个加强营，威逼敌二十六师指挥部。次日天明即尽歼守敌，占领尚岩。此间，我特务营亦向凤凰山发起攻击，歼敌一个连，占据该山。
1月3日晚，二十三团向马家庄发起攻击。一营从西北角炸开鹿砦、地堡，经30分钟激战，尽歼西北小围子敌人；二营从西南角突进，遭敌猛攻，伤亡较大。
二十四团一部突击村西，予岳家楼敌以狠狠打击。三营于是趁势突击东南小围子，与敌激战，歼其大部。他们凭着绑上炸药的手榴弹和土造的燃烧瓶，把两辆横冲直撞的坦克打趴下，占领马家庄，捣毁了敌指挥机关。从岳家楼增援来的五辆坦克，也随着马家庄敌人的覆灭，惊慌地逃跑了。
左纵队于当夜包围卞庄守敌一个团，占领了大官庄、南北小庄及洪山、横山、兰陵与其以北地区，歼敌一部，切断敌整编第二十六师与整编第三十三军的联系，并与由马寨地区向南攻击的我右纵队的部队会合。
卞庄是临（沂）枣（庄）公路上的重要集镇，其制高点为塔山。欲攻卞庄，必先克塔山。在攻打塔山的战斗中，第一纵队第二旅六团四连、五连第一次攻击未能得手。3日14时，担任主攻的二旅，在调整部署、重组火力之后，再次向峰高坡陡的塔山发起攻击。六团五连接受上次四连进攻受挫的教训，在纵队山炮营的支援下，采取边爆破边突进的战术，进展顺利，于15时许攻占了塔山。
一纵司令员叶飞得悉二旅攻下塔山，当即拿起电话向二旅旅长刘飞说道：“我祝贺你们，希望你们再接再厉，尽早攻占卞庄，为实现全战役意图作出更大贡献！”
第一师在师长陶勇、政委王集成指挥下，于1月2日晚上发起歼敌快速纵队的战斗。
敌第一快速纵队号称“国军精华”，拥有几十辆坦克、几百辆汽车，当时不可一世。华中野战军参战部队用的基本上还是抗日战争结束时的杂式武器，敌我技术装备水平相差悬殊。且华中野战军绝大部分干部战士不但没有打过坦克，甚至没有见过坦克。虽然部队在集结行动途中抓了一下打坦克的训练，但时间很短，又没有实物可供演练。而打坦克的武器，除少量的战防炮外，主要是手榴弹、手雷和炸药包。
1月3日夜，一师三旅在徐家凤落村俘敌300余人，缴获山炮四门，在吴庄击毁敌坦克一辆。一旅沿临（城）台（儿庄）公路向北攻击，途中对逃敌一部围而不攻，经火线喊话，迫敌团长及以下400余人缴枪投降。随后，二旅在横山、洪山击溃敌从台儿庄出援一团。至4日凌晨，一师已歼敌二十六师大部，其余敌人和附属该师的第一快速纵队约万人被紧紧包围在陈家桥、贾头、作字沟一带。
1月4日上午，天气由阴转雨，雨中夹雪，寒风刺骨。10时左右，敌见增援无望，开始脱离阵地，落荒突围。我左右纵队各部队立即发起攻击，将敌快速纵队之第八十旅大部歼灭于陈家桥以西地区。伴随着沉重的马达声，一支由坦克、炮车、汽车组成的队伍长蛇似的从薄雾中走来。我军战士们迅速把准备好的高粱秸、草堆点着，霎时公路就变成了“火路”。敌坦克见势不妙，便由一路分成多路，离开公路往泥泞里乱撞。敌坦克、汽车、炮兵与步兵混杂在一起，沿下湖、漏汁湖之线朝峄县方向夺路逃窜。下湖、漏汁湖地域本为少水多泥的沼泽地，敌人西逃的主要道路和桥梁已被解放区军民破坏，并布设了地雷，挖掘了反坦克沟，加上洼地泥泞，许多汽车和火炮陷下去动弹不得。我军对敌实施猛烈追击、侧击、堵击。突围之敌以坦克和大炮进行还击。我军指战员冒着寒风雨雪，穿着湿透的棉衣，不顾敌人火力拦阻，奋勇冲入敌阵，与敌短兵相接、近战格斗，用炸药包、手雷、集束手榴弹炸坦克，用燃烧手榴弹和秫秸烧坦克……有些战士则干脆爬上坦克，用铁锹、洋镐砸电台天线。仅几个小时，我军就把美蒋合建——由美军装备训练、蒋纬国苦心经营的这支坦克部队打成了瞎子、聋子、瘫子。那些从脚到头全美国装备的步兵，有的躲在汽车底下，有的抱住榴弹炮炮筒发呆。在粟裕的望远镜里，他看到反坦克小组的战士抱着炸药包，举着捆上炸药的手榴弹，向坦克爬去，向坦克滚去。有的衣服被燃烧弹烧着了，便在烂泥地里打滚，熄灭身上的火后，继续向坦克爬去。全军闻名的战士李耀清追着一辆敌坦克，顺手抓了一把泥巴，跳上坦克，把泥巴甩到坦克的瞭望孔上，坦克立时变成了“瞎子”。敌人的驾驶员慌了手脚，急忙转动炮塔，想把李耀清甩下来。但李耀清紧紧抓住滚烫的炮筒，随炮塔飞转。敌人甩不掉他，就掀开舱盖伸出枪来打他。李耀清眼明手快，把一颗手榴弹丢进座舱。一声闷响，敌坦克冒起了黑烟。到下午3时，敌军除七辆坦克钻隙逃往峄县外，整编第二十六师和第一快速纵队，共3万余人全部覆灭。敌整编第二十六师师长马励武在峄县县城听到这个消息后，如痴如呆，向五十一师师长周毓英说：“天诛我也，国家之大不幸也！”后来被俘时，他说，“当本师配属快速纵队东进时，可谓声势浩大。未料4日一战，即四面楚歌。”一些被俘的敌坦克兵也说：“我们在印缅战场作战3年，一直是向前冲，美国人对我们也很看重，想不到今天会败得这样惨。”
鲁南战役第一阶段的作战任务完成后，按照新四军兼山东军区预定的歼敌方案，将对敌整编第三十三军进行歼灭，并寻机收复台儿庄、峄县。但此时国民党整编第七十七师、第五十九师已渡过运河，向西撤退至台儿庄以西、以南地区，开始沿运河固守，不便割歼。峄县、枣庄守敌都调整了部署，增加了兵力。此外，敌整编第六十四师已进抵韩庄，整编第二十师已接防临城（今薛城），整编第十一师正由宿迁向徐州东北转运中。
根据敌情变化，陈、粟决定第二阶段同时攻取峄县与枣庄。作战部署具体方案为：以第八师、第九师、第四师第十团及滨海警备旅按原计划攻取峄县；调第一师迅速北上攻取枣庄、齐村；调第一纵队、第十三旅，在峄县西南之文峰山、望仙山、白山一线，阻击可能由韩庄、台儿庄出援之敌。另以第十师伏于临城、齐村之间，阻击可能由临城东援之敌。鲁南第一军分区一个团进至临城、沙沟之间，开展游击活动，破坏铁路公路，断绝敌人交通。为掌握较大的机动力量，抽调南线部队中第二纵队、第六师至沂河以西、兰陵至台儿庄公路以东地区，隐蔽集结，待机参战；留第七师、第九纵队，由谭震林指挥，牵制由沭阳北犯之敌。
1月9日晚，我军发起攻峄战斗。
粟裕为便于指挥部队作战，亲率部分精干人员组成轻便指挥所，到达峄县、枣庄前线。
负责围攻峄县的是山野九师和四师十团、滨海警备旅和八师。经一夜战斗，我军攻占了南关、邵家楼、檀山及东关大部，部队由南面和东面直逼城垣。
1月10日19时，各部开始发起进攻。八师先用炮火急袭，后连续组织爆破，炸开城门，从南门突破，迅速引向纵深，多次打退敌人反扑，于20时左右全部进入城内。不多时，九师和四师十团亦从东门突击成功。至11日凌晨1时，全歼守敌。
此战仅八师就歼敌5000余人，其中生俘4700余人；九师、四师十团歼敌数千，生俘敌中将师长马励武及以下近千人。
峄县被攻克，大街小巷都挤满了平民百姓，到处洋溢着军民之间的深情厚谊。《大众日报》记者走到北门的天主教堂，美籍基督教牧师瓦格耐女士主动向记者说道：“过去，我有个问题一直弄不明白，为何共产党武器不好，却老打胜仗？这次，我通过耳闻目睹找到了答案，那就是所有穷人都站在他们一边。”
记者听了笑道：“你悟出的是条主要道理。至于蒋军为何老是失败，那原因可就多了。”
第二天，敌整编第二十六师师长马励武被送到野战军指挥所。陈毅接见了他，说：“我们从此开始是朋友了。希望你们今后多为中国人民和平事业努力！”马励武答道：“内战是大家都不赞成的，赶走了日本兵又打自己人，实在是痛心的事，责任应全由蒋介石负！”
在围攻峄县的同时，华野一师主力对枣庄之敌发起攻击。是夜，天下大雪，各部冒雪开进。师长陶勇、政委王集成以二旅全部、三旅两个团及一旅一个团主攻枣庄，进入预备阵地后，立即抓紧战前准备。战斗打响后，迅速扫清外围据点。战至12日，我军肃清了十五窑、焦地、工人宿舍区等枣庄外围之敌，全歼郭里集敌一个团，完成对枣庄的包围。敌人退守市区里的中兴公司、南大井等处，欲凭坚顽抗。粟裕随即调山东野战军一纵一旅，监视并攻歼齐村之敌，让一师一旅投入战斗。
战斗中，部队受阻，一团一营爆破手杨根思毫不迟疑地背起两个大炸药包，摸到敌碉堡口。发现两个敌人正端枪准备向他射击，他敏捷地一手拨开敌人的刺刀，一手向碉堡里扔进一颗手榴弹，然后又趁势送上炸药包，连续炸掉两座敌碉堡，保证了突击队员顺利前进。战至16日3时，一旅全歼齐村守敌，生俘敌旅长及以下2500余人。
一师其余六个团向南大井等据点发起攻势时，遭到敌人猛烈的火力压制，后续部队无法跟进，冲入城内的战士寡不敌众，全部壮烈牺牲。一旅三团团长康林组织第二次进攻亦未获成功。
粟裕命令康林火速赶至师部。在师指挥所，粟裕亲切地问：“康林同志，你们三团历来都是很能打硬仗的，高邮城都能攻下，枣庄这块硬骨头就啃不动？我把你找来，是想听听你们下一步的打算。”
康林答道：“我团善于打野战，而眼下是攻城战。部队缺乏攻城爆破技术，所以两战未能奏效。下面我打算集中三天时间，组织部队搞火线练兵，学习攻城爆破技术，早日攻克枣庄。”
粟裕把目光转向在场的师长陶勇和旅长张震东、旅政委卢胜，见大家都点头赞成，就说：“康林同志，给你三天时间。这一次，我们不攻则已，攻则必破！”
康林说：“保证完成任务！”
陶勇补充说：“就按粟司令员说的办，抓紧时间作好准备。要把‘七战七捷’的劲头拿出来，拔掉枣庄这颗硬钉子！”
康林回去以后，迅速组织了以攻城爆破为主的火线练兵活动。
但是，此时敌整编第十一师及整编第六十四师已全部进至台儿庄、韩庄一线，整编第七十四师正向新安镇前进中。为争取时间，在敌援兵到达之前迅速攻下枣庄，粟裕分别与陶勇、叶飞、何以祥同志商量，由第一纵队派两个团，第八师派一个团协助第一师攻打枣庄。叶飞、何以祥同志立即选派了减员较少、战斗力较强的部队前往参战。他们冒着大雪行军，按时到达攻击位置。就在各部积极备战中，炮兵中有一批原国民党整编第二十六师的广东籍解放战士，他们在训练中以“广东人不打广东人”为由，声明攻城时拒绝向城内发炮。炮兵营长听后十分恼火，想重处几个。陶勇一听，立即找来营长加以制止，又叫来管理科长，让管理科长去弄了几个菜，再弄点儿老酒，请那些广东籍解放战士吃了一餐饭。那帮广东籍炮手一见陶勇师长请他们吃饭，个个感激不尽。陶勇不提打仗的事，只向他们问寒问暖，还给他们一一敬酒。不少人感动得掉下眼泪，其中一个士兵问陶勇：“首长大人，您需要我们做什么，尽管下令！”其他士兵也附和着说：“对！只要首长下命令，就是上刀山，我们也敢冲；下火海，我们也敢闯！”于是，陶勇告诉他们，现在正是他们立功的时候。我军就要攻打枣庄，希望他们的大炮打得准、打得狠。炮手们异口同声地表示要打好打准。
1月19日下午，在我炮兵火力支援下，各部对枣庄守敌发起总攻，共打开五个突破口，突入市区，与敌展开逐屋逐堡的争夺。战至20日13时，一旅一团一营马营长和团宣教股徐一丰股长各率一部，迅猛突进中兴公司办公大楼，边突进边喊话：“缴枪不杀，优待俘虏！”1000多个敌人见势，乖乖地把武器放在脚下，举起双手。团宣教股长徐一丰从俘虏群中认出敌五十一师政治部主任张希尧（后化装逃匿），从他口里得知，该师几个主要头头都藏在防空洞里。于是，徐一丰立即集合队伍，迅速冲进防空洞，大声高喊：“缴枪不杀！”敌师长周毓英、少将副师长韩世儒、少将参谋长李献忠万般无奈之下亦举起了双手。
我军围攻枣庄时，各路援敌慑于华中野战军打援部队的威势，均迟迟不敢前进，仅临城东援之敌与山野十师稍有接触。战斗结束不久，第一师把周毓英送到了野战军指挥部。在受到宽待后，这位刚放下武器的师长一改往常的傲慢，有些狼狈地说道：“我是个没取得黄埔军校资格的‘黑官’，带的又是杂牌部队，在蒋介石的军队里混不出名堂的。战前我虽然拒绝贵军劝降，但是在思想上早已作好了走这条路的准备。现在当了你们的俘虏，我并没有愁云难消，反而感到是一种解脱。从枣庄之战的全过程，我更看清，国民党和共产党打仗，只能是个‘输家’。”
鲁南战役历时18天，共歼国民党军2个整编师、1个快速纵队，计5.3万余人，其中俘1.7万余人。华中、山东野战军伤亡8000余人。缴获坦克24辆、汽车470余辆、各种火炮200余门。收复了峄县、枣庄及其以东地区，打破了国民党军会攻临沂、围歼华东解放军主力的美梦。
鲁南战役是山东、华中两路野战军会合后，统一指挥，集中兵力，打击有机械化兵团加强的国民党军的一次成功歼灭战，首创了华东战场一次歼敌两个整编师的纪录，使国民党军苦心经营并被誉为“国军精华”的第一快速纵队遭到彻底覆没的厄运。
后来，华野在缴获“国军”第一快速纵队的坦克大炮的基础上，组建了特种兵纵队，为解放战争的胜利作出了不可磨灭的贡献。