此戰關係到粉碎敵人的重點進攻，關係到全局勝敗，葉飛想，自己怎麼能回避這個責任呢？葉飛代表l縱全體同誌，堅決地承擔了這個任務。
葉飛回到縱隊部，4個師的師長、政委都在等侯他。葉飛和大家交換意見之後，說“同誌們，責任重大，我們一定要不惜犧牲完成任務！一定要分割敵整編74師和整編25師，並從中間穿插過去！”接著，葉飛進行了具體部署：以第1師攻取塔山、堯山，打掉整25師的牙齒，割斷整編25師和整編74師的聯係，並阻擊敵整編65師東援。以第3師為第二梯隊。以第2師、獨立師向縱深穿插，與友鄰會師後全力攻擊孟良崮。由葉飛帶領1、3師，何克希副司令員，譚啟龍副政委隨2師、獨立師行動。
5月13日黃昏，戰鬥開始了。葉飛趕到老鼠峪子，督促2師、獨立師前進。1縱部隊開進時，敵整編74師也正在向孟良崮開進、收縮。由於兩軍過於靠近，葉飛親眼看到山地敵軍的運動。敵人在山崗，我軍在山坡。葉飛此時知道他們是敵軍，而敵軍卻以為我軍是他們的友鄰整編25師，不吆喝口令，不打槍。當時暮靄濃重，視線不清。這時機是稍縱即逝的，決不能有一絲一毫的猶豫。如果猶豫了，部隊停下來，敵人就會發覺是“共軍”，火力一壓，處境十分危險。在這個節骨眼上，葉飛在電話上下了一道死命令：“不理敵人，繼續前進！”
與此同時，1師攻占塔山、堯山。至此，我1縱完成穿插分割任務，切斷了敵整編74師與整編25師的聯係，打退了敵整編65師的進攻。5月14日2時，獨立師攻占天馬山、界牌。但第8縱隊因路遠未能趕到與1縱會師。天明，從報話機上偵聽到敵整編74師各部都在行動。葉飛估計該敵可能想恢複與整編25師的聯係，還可能迅速撤向孟良崮。
上午9點，野戰軍指揮部指示，要1縱獨立師和第2師不顧犧牲，猛攻孟良崮。除1個團在它正麵阻擊敵整編25師外，其他5個團全力攻擊。此時，敵整編74師已後撤，我第8、第9縱隊不可能趕到，而第6縱隊也要到第二天才能趕到，一定要攻占孟良崮才能阻擊敵人。因此，葉飛又命令第1師和3師攻擊前進。下午3點，敵整編74師率3個旅已到達孟良崮。因此野戰軍指揮部電示1縱暫停對盂良崮的攻擊。
5月14日整天戰鬥都十分激烈，敵我反複爭奪各個陣地。塔山、堯山被敵重占，又複奪回；鳳凰山、曹莊、天馬山、蛤蟆崮不時告急。敵整編74師師長張靈甫狂妄地提出，要堅守孟良崮，以他為“磨心”，拖住我軍，四麵圍攻，企圖碾碎我1縱。於是，蔣介石嚴令敵整編25師、整編26師、整編83師和第5軍等部，從東、南、西三麵猛烈攻擊。1縱各陣地均遭敵軍數次進攻，與敵血戰竟日，整天籠罩在煙火裏。
5月15日拂曉，我獨立師第1團和我第2師第6團奪回了330高地和285高地，重占圍攻盂良崮的有利陣地。同時各友鄰部隊亦進逼孟良崮，第9縱隊攻占孟良崮高地一處；第8縱隊正圍攻蘆山；第6縱隊已進抵垛莊；第4縱隊前鋒直逼520高地。
敵整編74師遭我各路大軍壓縮於盂良崮荒山後，在各路進援部隊的呼應下，企圖以58旅掩護向西南突圍。葉飛即令第1師第1團進抵北莊，第2師第4團進抵石王河集結，以截敵突圍。張靈甫發覺我大部隊抵達其周圍，後路已為我軍切斷時，則改變戰役部署，固守孟良崮及以西600、540、520一帶高地，堅守待援。
這時，陳毅給葉飛來電話傳達了黨中央和毛主席的指示：不要貪多，首先殲滅整編74師，然後再尋戰機。指出當前1縱隊的主要任務是協同兄弟縱隊把整編74師這個軸心敲掉，這樣，敵人就沒有巴望了，我們也就免得兩邊作戰了。如果拖延下去，情況的逆轉是可以預料的。
軍情緊急，刻不容緩。葉飛掂量了一下陳毅講話的分量，下決心從阻擊部隊中抽兵，集中力量向孟良崮攻擊。一麵擋住‘百萬大軍’，一麵剜出‘上將首級’！譚啟龍、何克希以及參謀長張翼翔等人都同意這樣辦。研究了具體部署後，葉飛抓起電話，親自向各師師長交代任務。接著又把1師師長廖政國找來說：“我把主力部隊都拿去攻擊孟良崮了，隻留給你從地方上剛升級的3團、9團，加上你師2團，扼守60多公裏的陣地，擋住敵人2個整編師。”
廖政國有勇有謀，打仗從來不講條件，他一聲未吭，接受任務就走了。