這一仗主要對手是吳化文所部和不到200人的日本兵。按何以祥的說法，除了這兩部分，其餘敵人的武器裝備太差，連“土八路”都瞧不上眼，可見是“純”烏合之眾了。
八師在戰役發起的兩天前，各團均進入預定的位置。但在戰鬥打響前，作戰科參謀魏學誠卻又完成一個任務——炸橋梁。本來這是鐵道遊擊隊的“活”，但這時鐵道遊擊隊已經“轉業”，隻能自己幹了。
16日夜晚，魏參謀帶了一個排，捆上兩大包炸藥，一包足有30斤重。魏學誠先派兩個便衣到鬼子炮樓前警戒，在鐵橋南北各用一個班掩護，“這活”雖然沒幹過，但套路卻也是略知一二。魏學誠說：“我帶幾名爆破手到橋墩上選好點，安放好炸藥包，待多數人撤到安全地帶後，爆破員再拉火離開。留下的兩名爆破員急了些。我剛下橋他就拉火，導火索又稍短，我們跑出不過幾十米炸藥就轟響了，炸碎的鋼鐵片多有落在身附近者，幸未傷人。我帶兩人回到橋上檢查，見水泥橋墩無損，橋梁及鐵軌已炸斷，一孔橋梁斜落於沙河中，火車是無法通行了。碉堡裏的日軍隻打了幾槍，未敢出來，我們原路返回，不誤睡覺。”看來正規軍炸橋梁雖然不是“專業”，但還是小菜一碟。鄒縣之戰是津浦路戰役的第一仗，也是陳毅來山東後的第一仗，這一仗延安大本營都很關注，但攻城戰鬥過程的史料非常少見，據何以祥的文章中記述，攻打鄒縣主攻還是二十二團，其實也談不上主攻助攻了，基本上由二十二團包了。至於為什麼不說是“全包”，是因為師特務營還加強給二十二團兩個連；另外二十四團也有一個營用來包圍東站的日本警備隊。說是包圍，其實就是監視，一個營要吃掉警備隊還是有難度的，要等二十二團打完城裏的，再騰出手來。
八師將大部分兵力用作破路或者阻擊援敵上。盡管城中敵軍兵力也有2500餘人，但拿下鄒縣，八師首長想來是十拿九穩的事。當然，二十三團也不閑著，扒了鐵路，主力包圍界河等幾個據點的鬼子。除了八師三個團各司其職外，這一仗警備八旅也動用了一個團，警十五團在兩下店以北打援，也有一份功勞。
攻打鄒縣的戰鬥，一說是拂曉前打響，一說是晚上9時許打響。從八師作戰特點上看，夜晚攻擊居多，其實也不僅僅是八師，可以說當時人民解放軍作戰都喜歡夜晚，向來都說夜戰是我軍的法寶。八師打嶧縣準備了梯子，但由於爆破非常成功，梯子都沒用上。所以何以祥說：“此次攻擊鄒縣，我們決定不再用架梯爬城，而是完全用炸藥爆破的手段突破城門。”為了讓門“開”得再大點，還特意多準備了幾包炸藥，所謂“連續爆破”，八師的“拿手好戲”，是打鄒縣開始的吧。
二十二團的突破口放在東門，打得還是很順手，“隆隆”幾聲爆炸後，城門就打開了口子。據何以祥的回憶，隻用二十幾分鍾，二十二團就突了進去，控製好東門的要點後，後續部隊源源跟進。但吳化文的這個團也挺頑固，主力縮守在文廟。巷戰一直戰至第二天下午。