1947年5月，在山東省蒙陰縣東南與沂南縣西部交界之處的孟良崮發生了一場經典的戰役，此戰被譽為“于百萬軍中取上将首級”，全殲蔣軍“五大主力”之一的整編第74師。
孟良崮戰役中，華東野戰軍司令員兼政治委員陳毅、副司令員粟裕密切配合，共同執導了這場經典的“大戲”，回過頭來隻看結果的話整74師全軍覆沒，師長張靈甫被擊斃，我軍取得完勝，但是站在當事人的角度，此戰打的是非常兇險，粟裕的精神高度緊張，連續幾天幾夜都沒有休息。
1947年2月，萊蕪戰役勝利結束，華東野戰軍以傷亡6000餘人的代價殲敵5.6萬餘人，其中俘虜第二綏靖區中将副司令長官李仙洲以下4萬餘人，解放了博山、淄川等13座縣城，渤海、魯中、膠東的解放區連成一片。萊蕪戰役之後，國軍吸取了被分割殲滅的教訓，采取所謂的“集中兵力，密集靠攏，加強維系，穩紮穩打，齊頭并進”的戰法，繼續對山東解放區進行重點進攻。
1947年5月初，顧祝同（陸軍總司令兼任鄭州指揮所主任）令國軍歐震兵團、湯恩伯兵團、王敬久兵團向沂水、莒縣、淄博方向推進，湯恩伯自持其兵團兵力強大，立功心切之下也不管齊頭并進了，他指揮兵團的8個整編師向沂水方向進攻。
5月10日，湯恩伯兵團的第7軍、整編48師一部已經到了苗家區、界湖一帶，這股國軍位于湯恩伯兵團的最右翼，一開始陳毅和粟裕是準備集中兵力予以殲滅的，但是就在作戰指令已經下達，華野3個縱隊已經準備展開行動的時候，經過反複斟酌，粟裕決定暫緩行動，因為第7軍和整編48師都是桂系的部隊，作戰一向很滑且頑強，與該敵交手往往打成消耗戰得不償失，況且這兩支部隊也非蔣的嫡系，即使予以重創蔣也不會心疼。
5月11日，湯兵團的張靈甫率整編74師從垛莊出發，向坦埠以南的華野9縱發起進攻，5月12日，粟裕令華野6縱司令員王必成務必率部于14日趕至垛莊，一場圍殲整74師的戰役開始了。從11日整74師進攻坦埠開始，粟裕就開始構想殲滅該敵，而王必成縱隊的出動就是去斷張靈甫的後路。
6縱當時距離孟良崮地區較遠，那麼為何卻要派該縱隊去執行占領垛莊的任務呢？這是因為6縱和整74師是老對手，在二戰漣水的時候6縱與整74師交手傷亡很大，吃了虧，對此縱隊司令員王必成對陳、粟提出：“打整74師，絕對不要忘了6縱”。王必成在5月12日16時接到電報後，立刻率6縱指戰員日夜兼程，二萬多人一天一夜急行軍走了130公裡，比原定計劃提前了8小時到達垛莊外圍，15日淩晨，六縱先頭部隊在一縱一部的配合下迅速攻占了垛莊。
垛莊丢失，萬泉山又被華野8縱攻占，張靈甫進退失據，隻得帶部隊收縮到孟良崮、蘆山地區，整74師被合圍，南京的蔣非常震驚，他對顧祝同下了死指令讓不惜一切代價必須解整74師之圍，顧祝同嚴令整11師、整65師、整25師、整83師、第7軍、整48師等部向整74師靠攏，同時“五大主力”之一的第5軍也自萊蕪南下，整20師也自大汶口向蒙陰前進。
一方面是整74師被華野合圍，另一方面卻是各路國軍紛紛向孟良崮地區開進，為了確定孟良崮戰役的勝利，華野的阻援部隊打的非常艱苦，各路國軍離孟良崮愈來愈近，最近的整25師、整83師距離孟良崮不過幾公裡，其餘各路國軍最遠的也不過二日路程，軍情還是很危急的，孟良崮的74師必須在短時間内殲滅。
孟良崮攻堅戰打的非常艱苦，自5月15日發起總攻以來，各縱隊傷亡很大，而陳毅也給了粟裕最大的支援，由于傷亡過大，一個縱隊司令員和粟裕在電話中發生了争執，陳毅走了過去接過電話，很嚴肅的對電話那一頭說：“剛才粟裕同志講的，就是我的意見，你們要堅決執行。部隊傷亡大一些，不要緊，我手裡還有預備隊，你傷亡多少，我給你補充多少。”
5月16日上午，華東野戰軍攻占雕窩、蘆山，整74師主陣地全部丢失，激戰至下午，6縱特務團團長帶領突擊隊沖入張靈甫當臨時指揮所的山洞，全殲洞内之敵。戰鬥進入收尾階段後，各縱隊紛紛報告戰果，華野參謀處彙總資料後發現殲敵總數2.5萬餘人，與整74師的3.26萬餘人有出入，粟裕當機立斷，指令各縱隊嚴密搜尋，最後在孟良崮、雕窩之間山谷中發現了整74師殘部7000餘人，很快這股殘敵也被全殲，孟良崮戰役劃上了完美的句号。
在孟良崮戰役的關鍵時刻，粟裕沒有時間休息，精神高度集中，身體的損耗非常大，他的臉脹的通紅，戰役結束後，衛生員給他測量血壓，竟然高達220度，好在勝仗之後，粟裕的壓力沒有了，血壓很快就正常了。
整74師是蔣軍的模範部隊，蔣大為光火，将第一兵團司令官湯恩伯撤職，整83師師長李天霞撤職并嚴查，不過很快就不了了之了。整74師是第二綏靖區司令長官王耀武的老部隊，他哀歎說：“74師之失，有如喪父之痛”。