同日与饶漱石、黎玉、张云逸、陈毅、谭震林、陈士榘、舒同发出致毛泽东主席并刘伯承、邓小平电，报告华东野战军休整计划和休整后作战方案，请示可否对胶济路分段有重点地加以破坏。中共中央军委于3月21日复电：“同意破坏胶济线”。
3月15日蒋介石为实施其对山东解放区的重点进攻，下令“堵黄复故”，堵塞花园口决堤口，迫使黄河改流河南、山东两省故道，企图切断华东解放区与晋冀鲁豫解放区的联系。
3月16日与陈毅、谭震林发出致刘伯承、邓小平并报中共中央毛主席电，报告送给刘伯承、邓小平部队的弹药数量。
3月18日参加华东野战军特种兵纵队在沂南县苍南坡举行的成立大会。
3月22日先后在华东野战军干部大会和医务工作会议上作报告。报告指出，国民党军队进攻延安，不仅政治上遭受了损失，而且军事上也会遭到失败。
我们的方针是不计一城一地的得失，而是着眼于歼敌有生力量。进攻延安的十几万国民党军被歼是指日可待的。
3月27日陈毅、张云逸、邓子恢致粟裕、谭震林并报毛主席、中共中央电，提出休整后行动的四个方案：（一）继续在胶济线争取打一仗；（二）向兖州、邹县、泰安、滕县间突击；（三）向临城、峄县、枣庄间突击；（四）向临沂、东海、新安间突击。“以上四个办法，我们认为以第四项办法为更好”。
3月28日申时，与谭震林、陈士榘联名发出致中共中央和陈毅、饶漱石、张云逸、黎玉并告刘伯承、邓小平电，提出对付国民党军队重点进攻的作战部署：拟以三个纵队进至郯城、马头、新安镇地区，然后向西扩张占领运河线，造成渡运西进逼津浦路南段之势，诱敌第七十四师、第八十三师南援（注：此行动被国民党军察觉，遂改变决心，停留在新泰、蒙阴、十字路一线待机）；以一个纵队集结沭阳、新沂线两侧，打击沭阳向北增援之敌；以五个主力纵队集结于蒙阴东南、临沂西北地区，待机歼灭南援之敌第七十四师、第八十三师，或歼灭由泗水向东南增援之敌第十一师，或歼灭由大汶口向东进犯之第五军。中共中央军委于4月7日复电，“同意你们寅俭（3月28日）电部署，一切望按情况决定”，说明“因连日转移，电台失联络，你们寅俭电今日才收到”。此前曾电询华东野战军行动方案。
3月29日发出南下歼击汤恩伯集团的行动命令。
同日毛泽东在陕北清涧枣林沟主持召开中共中央会议，决定毛泽东、周恩来、任弼时率中共中央机关和人民解放军总部留在陕北，主持中共中央工作；由刘少奇、朱德、董必武组成中共中央工作委员会，以刘少奇为书记，前往晋西北或其他适当地点，进行中央委托的工作。
同日华东野战军举行莱芜战役庆功聚会。粟裕策划下一步歼敌方案。陈毅邀粟裕上山打猎，猎得一只兔子。陈毅问粟裕：“502，你看这只兔子该怎么吃法？”粟裕答非所问：“这是蒋介石五大主力中的王牌，硬吃是不行的，必须智取，而且一定要全歼。”陈毅哈哈大笑：“好嘛，好嘛，这只灰兔子身价不低，成了张灵甫，看样子这个张灵甫命中注定成为我们庆功宴上下酒菜了。”
3月底到4月初华东野战军主力开始南下临沂、蒙阴地区，准备歼击汤恩伯集团。与陈毅、谭震林等率领华东野战军指挥机关转移到蒙阴县坦埠地区。
同时，国民党军13个整编师（军）25万人开始对山东解放区的重点进攻，打通了津浦铁路徐州至济南段及兖州至临沂公路，侵占鲁西南地区，向新泰、蒙阴地区进攻。
4月9日中共中央发出关于暂时放弃延安和保卫陕甘宁边区的通知。
4月12日国民党军飞机轰炸华东野战军指挥机关驻地坦埠以西之崮县。4月14日发电报给各纵队并报刘伯承、邓小平、中共中央，通报敌机袭击华野指挥机关驻地情况。
4月15日酉时，与陈毅发出致中共中央、毛主席并刘伯承、邓小平电，报告我军南移企图为敌人发觉，并已调整部署，紧缩防线，因此重新布置歼敌计划。后来决定攻击敌左翼薄弱环节，歼灭占据泰安的整编第七十二师，相机歼灭来援之敌。
4月20日发出华东野战军泰（安）蒙（阴）战役作战命令，指出：国民党军发现我军主力南下沂水、蒙阴、临沂东后，积极调整部署，“一面似在加强陇海线纵深封锁”，“一面集中主力企图乘隙进占沂蒙山区，逼我主力局促于滨海一隅，然后与我主力决战”。“为调动敌人，混乱其部署，造成敌人错觉，求得在运动中歼灭顽军主力，避免与蒋顽集团决战”，决心围攻泰安，诱歼援敌。4月22日发起泰蒙战役，战至4月26日，攻克泰安县城，歼灭整编第七十二师师部和两个旅，生擒中将师长杨文泉。4月27日，中共中央军委致陈毅、粟裕电，指出4月15日、22日、25日“各电计划甚好”，“庆祝你们攻克泰安，歼灭七十二师”。
4月23日中共中央军委电示李先念：去陈毅、饶漱石、粟裕、谭震林处补充兵员。
同日中共中央军委致陈毅、粟裕电，征询对刘（伯承）邓（小平）下一步行动的意见。
4月29日指挥华野四个纵队向临沂、蒙阴公路沿线之敌发起攻击，于4月30日攻占桃墟、青驼寺一线，歼敌第八十三师一个半团三千余人。由于敌第十一师与第七十四师迅速靠拢，遂于5月1日指令第四、第九两纵队隐蔽待机。
如敌第七十四师向我进攻，则在给其一定杀伤后逐步后撤，吸引其沿临蒙路南下，待其离第十一师较远时歼灭之。
5月1日中共中央军委致陈毅、粟裕电：“据悉汤兵团分三路进攻新泰、沂水、莒县，是否属实？你们对策如何？”
5月2日亥时，与陈毅联名发出致中共中央、华东局、刘伯承、邓小平电，报告泰安、蒙阴地区作战情况和下一步行动方案。在泰安、蒙阴战役中，我军27个旅中只有13个旅参战，歼敌24万余人，唯丧失歼击第七十四师机会，春季战役暂告一段落。主力拟略事休整，再拟订新的作战计划。
5月3日与陈毅发出致中共中央军委、华东局并刘伯承、邓小平电，报告敌军动态和我军作战部署：“蒙阴附近之敌较集中不好打，故改打新泰”，拟以四个纵队攻歼进入新泰之第十一师。同日又电报告：“因五军及八十五师已进至距离新泰以西一天路程，故放弃本夜歼新泰十一师之计划”，决定陈士榘率第一、第六两纵队南下鲁南，谭震林率第七纵队去华中，以调动敌人向后，同时集中5个纵队45个团（加上第十纵队，共50余个团）于山东基地，待机歼击前进我后方之敌。电报还说：“蒋（介石）、陈（诚）以进攻山东为其战略要点，企图依靠黄河封锁，迫我东撤海滨，同时集中使用兵力，不轻易分散，自然增加我方许多困难。我们除尽力争取在山东基地击破敌人外，正考虑作更远的打算”。中共中央军委于5月4日亥时复电指示：“敌军密集不好打，忍耐待机，处置甚妥。
只要有耐心，总有歼敌机会。你们后方移至胶东、渤海、胶济线以南广大地区均可诱敌深入，让敌占领莱芜、沂水、莒县，陷入极端困境，然后歼击，并不为迟。惟（一）要有极大忍耐心；（二）要掌握最大兵力；（三）不要过早惊动敌人后方。因此，请考虑一六两纵队是否暂缓南下为宜，因南下过早，敌可能惊退，尔后难于歼击。但一切由你们自己决定。”5月6日又电指示：“目前形势，敌方要急，我方并不要急”。“第一不要性急，第二不要分兵，只要主力在手，总有歼敌机会”。
同日与陈毅发出致中共中央军委、刘伯承、邓小平并华野各纵队电，报告在临蒙作战中歼敌三千余人，缴获大型喷火器三座。
5月4日中共中央致刘伯承、邓小平、陈赓、谢富治、陈毅、粟裕并告彭德怀、习仲勋电，提出四支野战军的作战部署，确定：“刘邓陈粟两军任务是协力击破顾祝同系统”，“刘邓军十万立即开始休整，巳东以前完毕，巳东后独力经冀鲁豫出中原，以豫皖苏边区及冀鲁豫边区为根据地，以长江以北，黄河以南，潼关、南阳之线以东，津浦路以西为机动地区，或打郑汉，或打汴徐，或打伏牛山，或打大别山，均可因时制宜，往来机动，并与陈粟密切配合行动，凡有共同作战之处陈粟军受刘邓指挥”。5月5日又电，询商如何执行上述战略计划。
5月8日再电指示：“为着于六七两月内击破顾祝同系统第一线兵力（位于泰安、新泰、蒙阴、临沂之线约三十个旅）之目的：（一）刘邓军仍按中央辰支电争取于巳东前休整完毕，巳灰前渡河，向冀鲁豫与豫皖苏区之敌进击，第二步向中原进击”。“陈粟军在巳灰以前应集结全力（二十七个旅）寻求与创造歼敌机会，并准备于巳灰以后配合刘邓军大举出击”。
5月5日辰时，华东野战军参谋处致中共中央军委电，报告截获到汤恩伯电令。
5月6日申时，中共中央军委致陈毅、粟裕并告刘伯承、邓小平电，指示：“为扫清后方及引敌深入之目的，请考虑以有力部队攻击昌乐、潍县之敌”。
5月8日又电指示：“根据你们野参微辰（5日辰时）转来顾祝同命令，敌第一兵团主力将向沂水进攻。因此，只要你们不性急，不分兵，不去扰敌后路，让他放手前进，你们则集中主力距敌较远地点（不要天天接触），必能找到歼敌机会。昨打昌潍之提议暂缓执行。”
5月7日陈毅、粟裕召开纵队以上干部会议，根据军委指示和敌我态势，决定主力集结于莱芜、新泰、蒙阴以东地区待机歼敌；第一、第七两纵队停止南下；已南下的第六纵队隐蔽于鲁南敌后，待机配合主力作战。会议于5月8日结束。5月9日午时和申时，连发两电给中共中央军委，报告新的作战部署。中共中央军委于5月10日复电指示：“佳午佳申两电均悉。为着集中全力（二十七个旅）待机歼敌，暂缓攻潍决心极好，等候半个月左右，如敌固守不进，再决攻潍打援之策不迟。”又说：“你处中心关键用全力解决粮食问题，只要你们能维持二十七个旅的粮食至秋收以后，以全力在现地区坚持八九个月，必能击破蒋军，根本转变局面。”
5月10日顾祝同发现华东野战军主力东移，即令各部：“跟踪追击，进出于莒县、沂水、悦庄、淄博之线”。第一兵团司令官汤恩伯改变稳打稳扎的战法，不待友邻兵团统一行动，即令以第七十四师为主，第二十五、第八十三师为左右两翼，以华野指挥机关驻地坦埠为主要目标，自蒙阴东南的垛庄东西地区北犯；以第七军、第四十八师向沂水方向推进；以第六十五师位于蒙阴待机东进。
同日华东野战军侦察得知，顾祝同指挥汤恩伯、欧震、王敬久三个兵团向沂蒙山区发起进攻，汤兵团的第七军和第四十八师进至沂水附近地区。陈毅、粟裕决定首先攻击汤兵团比较暴露的右翼，歼灭敌第七军与第四十八师。于当天23时发出作战命令。
5月11日华东野战军情报部门截获汤恩伯电令：限第七十四师于5月12日攻占坦埠。粟裕判断，敌人企图在两翼和后续强大兵团掩护下实行中央突破，首先摧毁我军指挥中心，然后聚歼我军主力。这一变化对我们是难得的有利战机。建议改变原定打第七军和第四十八师的计划，以中央突破对中央突破，将第七十四师于敌人重兵集团中割裂出来予以歼灭。陈毅赞同粟裕的意见，说：“好！
我们就是要有于百万军中取上将首级的英雄气概！”当即调整作战部署，命令向沂水方向开进的部队重返原地集结，准备在蒙阴以东、坦埠以南地区歼灭敌第七十四师等部。
同日中共中央军委致陈毅、粟裕、刘伯承、邓小平、彭德怀、习仲勋并告朱德、刘少奇电，分析蒋介石的“黄河战略”，指出：“从实施黄河堵口复故计划之时起，蒋介石一贯方针，第一步驱我至黄河以北，第二步于黄河以北歼灭我军”。“很长时间开放泰安缺口，让陈粟由此北渡，陈粟不听，且歼李仙洲，蒋乃开放胶济，封锁泰安，压陈粟北撤西转。今后方针必以第一线各部（五军、十一师、七十四师、八十三师、二十五师、六十五师、七师、四十八师等）向胶济线前进。如陈粟放手让路，敌必误认为不敢恋战，可达驱逐目的”。“待陈粟击破顾祝同第一线，刘邓渡河向南，彭习向陇东、关中进军，蒋将发现他的迷梦归于破产”。
同日亥时，中共中央军委致陈毅、粟裕电，指示：“（一）中央社息，五军占莱芜，有向淄博急进模样。（二）你们应集中主力，待敌进至适当地点，不失时机发起歼击，首先解决一两个军。”
5月12日中共中央军委致陈毅、粟裕电：“野参真辰电（即华东野战军司令部参谋处十一日辰时电）悉。敌五军、十一师、七十四师均已前进。你们须聚精会神选择比较好打之一路，不失时机地发起歼击。究打何路最好，由你们当机决策，立付执行，我们不遥制。”
同日辰时，与陈毅、谭震林、陈士榘、刘先胜联名发出华东野战军作战命令：根据汤恩伯集团动向判断，“汤顽企图控制临蒙路及坦埠地区，然后配合二、三兵团逼我主力向东，找我决战”。“为打破汤顽企图，决以主力迎歼来犯之七十四师、二十五师于蒙阴以东坦埠以南地区”。“战斗发起时间，预定十三日黄昏，先以一、八两纵抄袭敌后，俟两纵达成迂回任务后，四、九两纵再行出击”。
同时指令隐蔽于鲁南的第六纵队取捷径赶到垛庄地区，配合正面我军围歼第七十四师、第二十五师。
同日未时，根据敌情变化，调整作战部署，集中兵力围歼进攻坦埠之敌第七十四师，于13日晚开始出击。
5月13日酉时，与陈毅发出致中共中央军委并刘伯承、邓小平电，报告敌情和歼灭第七十四师的作战部署：“（甲）七十四师真日开始向坦埠进攻，八十三师在青驼以北跟进。二十五师在蒙阴东南，为其左翼部队。桂顽则在临沂东北汤头、葛沟。（乙）我们今晚集结一、四与八、九纵向七十四师出击，于明晨完成包围。战斗约需两三天。待歼灭七十四师后，再视机扩张战果。”中共中央军委于5月14日亥时复电指示：“以一、四、八、九纵歼击七十四师极为正确。
该敌歼灭后，你们应集中尚未使用之各纵（二、三、六、七、十，除小部用于钳制外），乘胜歼击八十三师及二十五师，收复蒙阴、青驼之线，实现中央突破。”
5月15日子时又电指示：“此次作战成果大小，决定于你们是否集中七至八个纵队于一个战场内作战”。“因此，对钳制方面，必须只使用极少之兵力（例如东西两面各使用一个旅左右，配以地方部队即够）”。
同日发出华东野战军孟良崮战役政治鼓动口号，提出：“歼灭蒋顽七十四师！活捉张灵甫！”
同日黄昏，指挥各部发起孟良崮战役。5月15日，完成对第七十四师的包围，发起总攻，消灭盘踞于孟良崮的第七十四师部队，击毙中将师长张灵甫。
同时阻击两翼增援之敌。5月16日晨，在战役接近尾声时，指令各部核实歼敌数字，发现与第七十四师编制相差七八千人，同时侦察发现山区仍有敌军电台讯号，随即指令搜山，歼灭隐蔽在山谷的残敌7000人。此役共歼灭敌整编第七十四师全部、整编第八十三师一个团32万余人。
5月15日午时，与陈毅发出致华野各纵队电，提出第二步预定作战部署：