张灵甫察觉已被华东野战军的重兵集团围在孟良崮地区，虽然吃了一惊，但并不怎么慌张，他一面命令部队登上孟良崮山顶固守待援，一面口授电报，直接向蒋介石报告情况，并建议以第七十四师为诱饵吸引华东野战军，待诸军赶来合围聚歼我军。
     蒋介石接到张灵甫电报，深感事态严重，感到弄得不好这张“王牌”部队就有被华野吃掉的危险。但他又觉得第七十四师是美械装备，战斗力很强，华野没有能力吞掉第七十四师，也许正是国军同陈、粟决战的好机会，机不可失，时不再来，不能白白丢掉眼前的战机。于是便命令第七十四师张灵甫坚守阵地、吸引共军主力，迅速调动十个师的兵力增援第七十四师，以图里应外合，中心开花，夹击我华东野战军，展开一场决战。
     蒋介石把电报发出以后，仍觉得不放心。于是他亲自乘专机飞抵徐州，坐镇督战，怒气腾腾地发出了“畏敌不前者杀！作战不力者杀！……”的“十杀令”。在蒋介石、顾祝同的亲自指挥下，国民党军十个整编师很快就从外围对我华东野战军形成了反包围。
     再说被围困的张灵甫，虽然他已经身临绝境，但仍毫不慌张。他自恃建制完备，武器精良，训练有素，官能指挥，兵会打仗，依托山头高地可以固守，在如此困境中正可以向他主子显示一下自己部队的战斗力。只要空投弹药、粮秣保障充足，即使战局发展于己不利，有那么多外围援军相救，摆脱险境也是易如反掌。
     根据急剧变化的战场态势，陈毅、粟裕从敌人调动中发现蒋介石的作战企图就是要在孟良崮地区与我野战军举行决战。陈毅、粟裕认为：眼下的形势可是十分的严峻，无论是兵力对比，还是双方所处的作战地位，以及所形成的战役态势，都对我军十分不利。敌我双方现在是以主力对主力，以进攻对进攻，决战不可避免。但敌人的突击能力很强，武器装备精良，再加上增援的敌人靠近了，如果不能在短时间消灭敌第七十四师，我华东野战军部队就要陷入被动，不仅吃不掉敌第七十四师，反而会被敌人来一个反包围，那将陷我于十分被动的地位。陈毅和粟裕感到，此时我攻击部队已经没有退路了，只有“背水一战”，务必在24小时内消灭敌第七十四师，决不能让敌增援部队向敌第七十四师靠拢。
     决心一经下定，陈毅立即给各纵队打电话，下达任务，明确要求，实施战场动员，陈毅给第一纵队司令员叶飞打电话说：“蒋介石拼死和我们决战，你们要不惜一切代价，把孟良崮拿下来，坚决把敌第七十四师消灭掉！”
     随后又给第四、第六、第八、第九纵队司令员打电话说道：“聚歼敌第七十四师，成败在此一举。你们部队被打掉1000，我给你补充1000；你们部队被打掉2000，我给你补充2000。谁攻上孟良崮，谁就是英雄！”各纵司令员在电话里都异口同声保证：“请陈司令员放心，我们决不会让敌第七十四师一兵一卒逃走！”
     敌第七十四师这支“御林军”深陷重围，危在眼前，蒋介石成了热锅上的蚂蚁，急得团团转，唯一能做的只有再次向外围增援的十个整编师发出了最严厉的手令：
     山东共匪主力今已向我倾巢出动，此为我军歼灭共匪完成革命唯一之良机，如有委靡犹豫，逡巡不前或赴援不力，中途停顿者……必以误国纵匪贻误战机严究论罪、决不宽容。
     接到蒋介石的手令，第一兵团司令官汤恩伯也向所属各部发出急电：“张灵甫师孤军奋战，处境艰危，各部务须击破共军包围，救袍泽于危困，不得见死不救……”
     在蒋介石、汤恩伯的严令督促下，外围增援的十个整编师都疯狂地向孟良崮地区攻击前进，与华东野战军外围阻援部队展开了空前惨烈的大血战。经连续几天血战，来增援的蒋军各部都被挡在包围圈外面。号称国民党军五大主力之一的第五军，被我第十纵队阻击在莱芜一线；同样号称五大主力的另一支部队整编第十一师被我第三纵队挡在蒙阴以北；敌整编第四十八师被我第二纵队和第七纵队挡住，举步艰难；敌整编第二十五师、第八十三师被我第一纵队、第六纵队各一部挡在天马山以西，使他们进至距第七十四师只有五公里之地时就再也前进不动了，除了以炮火突击以示支援以外，别的什么招数也施展不了。