9月9日和13日，华野的攻城西集团和东集团先后从济宁、汉上、泰安、莱芜出发，秘密向济南开进。15日，两广纵队攻克济南西南的长清。这时，王耀武判断我军主攻方面在西面，便将其预备队第19旅调至城西的古城一带，并将在西南的第57旅撤至城内，准备用于西郊的防守。

1948年9月16日夜。正是中秋节的前夜，一轮银色的圆月静静地悬挂在夜空中，洒下一片令人寒颤的银霜。这一个中秋节将是国共两军的另一种形式的“团圆”。济南城内的王耀武正准备举杯赏月，安度中秋佳节。华野攻城东西两部队早已严阵以待，只等下达攻城命令。

子夜24时整，粟裕要通了攻城指挥所的电话，向许世友发出攻击命令：“现在，我命令你发起总攻，向东西两路大军发出攻城命令。”

随着一颗信号弹升空，华东野战军的攻城部队对济南外围发动了全线攻击。

霎时间，济南城内外方圆百里万炮齐鸣，大地抖动，火光冲天，硝烟无情地遮住了月光……。济南城被惊醒了。

华野10纵沿黄河东岸开阔地带，由济南城的西南向古城急进。

华野3纵和华野司令部的警卫团，与10纵并肩由西南向琵琶山一带攻击。

冀鲁豫军区部队于上午向济南西北黄河彼岸的齐河守军发起攻击。午夜，已发起追歼逃敌之战斗。

渤海军区部队由济南正北的黄河渡口，攻击鹊山，并扑向黄河铁桥。

渤海纵队从济南的东北向东北屏障王舍人庄攻击。

鲁中南纵队由济南之南方向双头山等地攻击。

13纵全部人马作为预备队，集结在济南之南，静听两军开火的枪炮声。

在东郊，担任主攻的华野9纵，以迅雷不及掩耳之势，向苗岭山和砚池山的敌军阵地发动了猛烈攻击。这两座山突兀而立，双峰对峙，扼住了通向济南的门户。从这个山巅向西望去，济南全城尽在眼底。

王耀武指挥部不断接到告急电话，东面的茂岭山告急！西面的长清告急！。

王耀武对参谋长罗辛理说：“共军主力一定在西，东面的战斗虽激烈，我军会凭借坚固工事将共军击退。还是要加强我们的西线防御。”

王耀武要通了西线守备区指挥官晏子风师长的电话：“晏师长，西线长清守军从昨天已经与共军接战，今夜又频频告急。我命令你带19旅和57旅迅速向左城以西增援，以策应长清作战。这样做，完全是为了确保机场安全，使国军74师迅速运到济南。”

晏子风接到命令，立即带两个旅前去增援。

然而，王耀武的判断是错误的。他以为能守半个月的茂岭山和砚池山，竟在一夜之间丢了。

经过一夜苦战，到次日凌晨，我军攻击下了济南城东这两个重要屏障，打开了通向济南城东门的通道。

在我攻城东集团取得攻占济南城东阵地胜利的同时，攻城西集团也取得了相应的进展，于17日清晨攻克西城、玉皇山等城西外围阵地，并乘势向济南城边的腊山、党家庄发动攻击，直接威胁济南西郊机场。

这时，在宁阳华野指挥部的粟裕正在密切关注济南西郊机场，手中的红蓝铅笔在济南飞机场和邱、黄、李三个兵团的驻处上来回移动：济南西郊机场能否及早冻结？南路敌人三个兵团行动没有？他来回在屋子里踱着。

粟裕拿起电话，要通了十纵司令员宋时轮：“我再次命令你，神速向飞机场挺进！74师正在空运。分秒必争！用重炮堵死飞机场，让它无法降落！”

宋时轮指挥下的10纵和3纵命令部队火速前进，终于从西方和南方向西郊机场发起炮轰。炮弹在西郊上空开花，在飞机场跑道上爆炸。飞机场顿时被烟雾淹没了。国民党军至济南的空中运输线被切断。

满载着74师后续部队的运输机在济南上空直盘旋，无法降落，只好掉头飞回徐州。

东郊丢失了主要阵地，西郊机场又危在旦夕，王耀武心急如焚。然而，直到这时，他还是无法搞清解放军的主攻方向，究竟是在东还是在西，只觉得兵力不够用。

在南京的蒋介石得知山东兵团对济南城进行猛烈攻击，立即命令徐州“剿总”副司令杜聿明指挥第2兵团火速经鲁西南北援，第7、第13兵团向徐州集结，从津浦路北上增援。

粟裕获悉蒋介石的这一行动后，立即命令阻击兵团进入阻击地带，准备给北上之敌以迎头痛击。可是，杜聿明从情报侦察得知华野重兵以待，一直不敢轻易冒进增援，直到济南战役结束时，在徐州附近的杜聿明集团第2兵团也只向前推进了几十里，便仓皇撤回，而第7、第13兵团还没有集结完毕。

就在王耀武求援无门时，守卫济南城西的吴化文部整编第96军正在酝酿起义之事。19日傍晚，粟裕收到一封急电：“96军军长吴化文可能在今晚举行起义，华野应作出安排。”

粟裕看过电报，对陈士梁说：“吴化文起义一事，原已有情报，但至今迟迟不动。据上封电报所说情况，可能他真的要行动了。我意，第一，将此情况即刻报告军委；第二，请钟期光同志明天赶赴10纵，协同10纵和3纵的同志做好这一工作。向吴化文提出，要他的部队离开战场，并将他们的阵地交给我们，开到黄河北集训。第一步可先到章丘、梧台一线集结待命。总之，要离开战场为宜。最初他们不要提出过高的要求。这样，即使南线发生情况，我也便于应付，不影响我之作战。吴部起义后的经费暂时维持现状，尔后按我军待遇执行。如能俘获王耀武等要员者，可给以奖赏。”

粟裕稍事停顿又补充说：“还应当向军委请示几个问题：”一、该部起义时可能提出名义，请军委指示；二、该部集结位置究竟安在什么地方？三、请华东局派人到该部掌握军队，以利今后之改造；四，起义后之经费问题等。这一切请军委速示。“

9月20日清晨，粟裕起床后，立即拟电给攻城集团10纵、3纵、广纵和山东兵团的军政首长：如吴部昨晚确起义，则我应乘机向商埠及城区猛攻，以扩张战果。着令两广纵队（包括野特团），即向北开加人对济南之作战，等待使用，由宋（时轮）刘（培善）统一指挥之。但附属该纵之野政特营，则应南开归建。直到现在，南面援敌尚无动作。因此，决定调叶飞纵0人济南作战。

不久，传来吴化文于19日夜带领着96军两万多人起义的消息。

吴化文的撤防，犹如黄河决口，解放军刹那间奔涌而来，势不可当。王耀武猝不及防，惊慌失措，着急地喊道：“发报，向南京，向徐州发报。吴化文率部投共，济南腹背受敌，情况恶化，可否一举向北突围。”

电报一发出，王耀武又后悔，对参谋长罗辛理说：“突围并非总统本意，且有丧我军固守信心。唉！不该，真不该！”

略镇静一下，他又对罗辛理说：“现在部署应该缩小阵地，集中兵力，以城内为主，固守城垣，以千佛山、四里山、齐鲁大学、商埠、外城为据点。外线留置小部队守备，拖延时间，以待援军。你认为这样如何？”

主耀武试着突围，结果不成。在激烈的枪炮声中折回指挥所。

蒋介石仍然梦想实施歼灭华东野战军的济南会战计划，断然拒绝了王耀武的突围请求，饬令他务必坚守济南，以待援军的到来。他在给王耀武的手谕中指出：“是逆叛变，事出非常，闻之痛心。陈明仁守四平街，知不可守而守之，东北数省赖以保全。济南，亦犹四平之于东北数省，战略要地，务必固守，各路援军已兼程急进矣。”

王耀武阅罢电文，大发牢骚：“都命我固守，我是‘固守’了，而要来的援军又在哪里？！”

可是，他又不得不执行老蒋的命令，命令部队继续顽抗。为了固守待援，王耀武调整部署，收缩防御圈，将主力撤至城内，城外只留下一个团守马勒山，一个营守千佛山。