就在济南战役激战正酣时，中央军委向粟裕等发来电报：刘峙已令邱清泉兵团集结临沂待命援济，金乡、成武只用小部佯动迷惑我军。因此，你们应迅速集结打援兵团，全力于邹滕地区，准备歼灭该兵团。攻城任务由现有兵力担任，叶飞纵队不应该参加攻济。

粟裕当即召集前委开会，同时按军委指示，命令叶飞停止北上攻济。

张震、陈士渠先后报告了济南战况和陇海地区敌我态势，建议集中力量在鲁中南与敌军决战。

粟裕若有所思地站起来，十分庄重地说：“我看两个参谋长的意见基本上可行。攻济打援这是在我华东战场上的一次战略决战。战局的发展已经到了关键时刻。蒋介石不会坐视他们的十万国军死死挨打。他南线的三个兵团如果倾巢而出，那么，南线必有一场恶战。现在的关键是，如果攻城部队能够及早攻下济南，援敌必然会收缩回去。这许多天来，我们和毛主席、中央军委正在构思一篇南北开花的大文章。在这个决定战役成败的关键时刻，华野指挥部的作战指挥和它的全部工作，都必须是紧张的、审慎的，而且一定要具有远见的。通过我们的工作去影响部队。这一仗打好，华东战场就会向南推移，形成更大的决战。这一仗打不好，战争的进程就会向后推移。中央军委对我们寄予厚望，全国人民的眼睛都在盯着我们！”

几小时后，粟裕的讲话变作了电文，传到了南北前线。

9月22日，蒋介石再次乘座机飞到济南上空督战。

数十架战斗机和轰炸机，在总统的座机飞临济南时，整齐有序地排列在蒋介石飞机的两侧。为了保护蒋介石的安全，机群从济南上空投下了数不清的炸弹，造成了连片的大火灾难。蒋介石用无线电与王耀武通话：“俊才吗？你现在在什么位置啊？”

王耀武手执耳机，仰望天空，极力分辨出蒋介石的座机。当他听到蒋介石的声音时，激动地说：“我是王耀武，我在城内指挥部，正指挥我将士阻击共军。”

蒋介石说：“济南决战自开始6天来，在你精心指挥下，已挫败共军数次进攻，证明我十万国军官兵多为党忠勇之士。如今，战事紧急，京城国人都仰望你能抵住共军，保住济南。”

王耀武苦不堪言地说：“耀武追随总统多年，忠心不二。从济战开战以来，我就抱定与济南共存亡决心！请校长放心。不过，我还是希望援军快到。”

蒋介石告诉王耀武：“我早已下令，各路援军均已在昼夜兼程中。我希望你和陈明仁一样，知不可守而守之，故东北二省得以保全。济南眼下犹如四平，而守济南胜过守四平，济南守住可挽回整个战局！”

“学生明白，请校长放心！”王耀武答道。

蒋介石的座机终于飞走了。

望着消失在云层里的飞机，王耀武久久不动，一丝惆怅不禁袭上心头。

23日中午，粟裕匆匆吃过午饭，即给许世友挂电话：“许司令员吗？我是粟裕。现在外城守敌已为我突破，基本上被清扫。是否可以乘胜攻取内城，时间至迟在今晚，怎么样？攻取内城是对我军参战部队的最严峻的考验。内城是济南守军的最后一道核心阵地。你们再研究一下，相机行事，有情况即告。”

许世友搁下电话，陷入了沉思。济南城城墙高达12到14米，厚10米到12米。明堡暗堡密布，除同外城一样设置三层火力外，在墙头上相距10米筑有一子堡，30米修一母堡，70至100米有炮台。护城河宽5至30米不等，国民党军为堵截攻城西集团，将黑虎泉之水引入护城河，水深2到5米，加上复杂的地面防御设施，构成了多层次的轻重火力网。攻取内城谈何容易！

可是粟司令员有令，必须乘胜攻城，不给敌人以喘息机会！许世友思虑再三，最后下定决心速战速决，立即向各纵发布总攻命令。

18时。解放军攻内城的炮声打响了。

经过40分钟炮火轰击，攻城部队从多路向城内发起猛攻。可是由于国民党守军火力更强，组织了3次进攻都失利了，各路进攻停止了。

消息传到华野前委指挥部，粟裕焦急地抓起电话：“老许吗？总攻怎么回事？”

许世友如实汇报。

粟裕毫不客气地说：“如果济南好打，军委调你来干什么！请你注意，济南的战况紧紧地牵动着华东战场。情况表明，南路援军在你久攻不下的情况下，有可能奋力驰援。这样，济南将变为主要战场。为此，指挥部要求你们攻城部队，要克服一切困难，坚决突破内城，而且一定要迅速！”

许世友把粟裕的批评和命令传达给了谭震林、王建安，并作了进一步的会商。

解放军攻城部队受挫后再次发起攻击已是24日1时30分。

猛烈的炮火再一次打破了战场的沉寂。

这一次爆破终于成功！各路纵队乘势猛攻猛打。

这时，粟裕得到消息说：“蒋介石已屡下严令给刘峙，刘峙再不敢阳奉阴违，督令邱、黄兵团火速前进。我阻援前哨阵地今天即有可能与敌军先头部队接触。”遂下令：“通知打援部队做好准备，迎击南援之敌。”

24日下午，解放军攻城部队全部进城，进入巷战到搜索，国民党军已溃不成军。部队攻入设在商埠区山东银行大楼的王耀武绥靖司令部内，守大楼的王耀武的总预备队垂死抵抗，解放军战士冒着敌军空中和地面火力，奋不顾身，与守敌展开了逐楼、逐层、逐屋的搏杀。战士们高呼着“打进济南府，活捉王耀武”的口号，勇猛冲击。

王耀武听到喊声，知道大势已去，把指挥权交给他的参谋长罗辛理后，带领副官、卫从从地道化装成商人潜逃，逃至寿光县境即被解放军活捉。

24日黄昏，华野攻城部队经过8昼夜的连续作战，终于拿下济南城，歼敌144万千余人（包括两万起义者），俘获活捉国民党军第2绥靖区司令官王耀武、副司令官牟中位等将领23名，缴获大量装备和军用物资。

攻克济南的捷报传到西柏坡，毛泽东、周恩来、刘少奇、朱德和任弼时非常兴奋，认为济南战役的胜利证明，“任何一个国民党城市都无法抵御人民解放军的攻击了。济南战役揭开了国共双方战略决战的序幕。”