為確保嶧縣、棗莊戰鬥勝利，調第2縱隊、華中野戰軍第6師移到隴海路以北郯城、碼頭，並西進到蘭台路以東、沂河以西地區，隱蔽集結待機，側擊台兒莊敵之北援；第7師則自沭陽沿路阻擊南線敵之北進至新安鎮。為指揮方便，由粟裕帶華中野戰軍電台組成臨時指揮所，親臨嶧棗前線指揮；陳毅帶山東野戰軍電台留蘭陵附近，處理戰利品及部隊整編事宜。
10、 攻嶧縣克棗莊
按照新的部署，解放軍於8日包圍嶧縣，9日包圍齊村、棗莊、郭裏集，開始了外圍戰鬥。
嶧縣守軍有整編第51師第114旅2個團，整編第52師第98團（已被殲1個營），整編第26師殘部及地方武裝共5000餘人，由馬勵武統一指揮。李玉堂已率嶧臨兵團指揮所撤回韓莊。棗莊市守軍為整編第51師師部及第113、114旅各1個團，炮兵、工兵各1個營，第113旅旅部率1個團守齊村，另一個團守郭裏集。
徐州綏靖公署為策應嶧棗地區作戰，命整編第11師由宿遷縣進至碾莊圩集結待命。整編第64師由龍池集進至韓莊集結待命。
1月9日夜，解放軍開始對嶧縣的發動進攻，經過激烈爭奪，攻克城東北檀山製高點。10日黃昏前攻占南關，黃昏後各部開始攻城。第8師第22團，在炮兵掩護下連續爆破，於20時炸開南門攻占城樓，沿城牆向東發展。23時，第9師一部由東門突入。至11日拂曉，全殲嶧縣守軍，俘整編第26師中將師長馬勵武，第114旅少將正副旅長李步青、崔慧生以下4000餘人。戰鬥結束後部隊迅即撤到蘭陵附近集結休整。
11日，郭裏集守軍在解放軍強大攻勢下傷亡慘重，正副團長均負重傷，殘部在向棗莊突圍途中被全殲。棗莊國民黨軍被壓縮到市區周圍，據守堅固工事頑抗。
13日，國民黨整編第11師、整編第64師已進到台兒莊、韓莊一線，準備解棗莊之圍。粟裕調第1縱隊第1旅進攻齊村，第1師全力進攻棗莊。16日，第1旅攻克齊村，全殲守軍，俘第113旅正副旅長李玉堂、李樸全以下1500餘名。
17日，棗莊國民黨軍退守市區核心工事，固守待援。為了最後解決棗莊守軍，陳毅、粟裕除周密布置阻援外，增調第1縱隊第1旅和第2旅第4團及第8師協同第1師圍攻棗莊。總攻於18日黃昏開始，至20日全部結束戰鬥，全殲守軍。俘整編第51師中將師長周毓英以下官兵8000餘人。
徐州綏靖公署在棗莊被圍攻的10天中，始終未予全力支援，各路援軍均遲遲不前，僅臨城一部東援、與解放軍第10師稍一接觸即行撤回。結果“迄20日2時，我守軍彈盡援絕，危局莫挽，棗莊遂不守”。（謝聲溢等編：《綏靖紀實》，第106頁）魯南戰役第二階段，以解放軍的全勝而結束。
11、 用敵炮打敵將
1947年1月7日，華東軍區司令員陳毅在野戰軍幹部會上發表了野戰軍前委作關於《一麵打仗，一麵建設》的報告中，發出了“實行以戰養戰，奪取敵人裝備來武裝自己”的號召。他在報告中說，奪取敵人的裝備來武裝自己，是我軍能從戰鬥勝利中取給於敵人的優良傳統。現今大規模戰爭，一麵要靠後方兵工廠生產支持，一麵更要靠戰場上的繳獲，特別某些器材，尚不是我們的生產自給條件所能解決的，更要靠從戰場繳獲中取得補充。……實行以戰養戰，明確樹立我們的兵員、武器、彈藥等主要取之於敵的思想……我們既有本領把美蔣的進攻變為輸送隊，更應有本領把一切戰利品加以妥善保管、分配，來加強對美蔣的新的打擊。這種從戰爭中壯大自己、培養自己的以戰養戰的思想必須確定。（《軍隊政治工作曆史資料》第10冊，第495～496頁）
魯南戰役第一階段作戰，繳獲坦克24輛、美式重炮數十門、卡車200多輛，還有堆積如山的炮彈、子彈和軍用物品。根據“以戰養戰，奪取敵人裝備武裝自己的”的號召，於是出現了令馬勵武做夢也沒有想到的事，昔日的部署將炮彈準確地傾瀉到他的頭上。
國民黨軍整編第26師和第1快速縱隊被全殲後，上千名被俘的蔣軍快速縱隊坦克、卡車駕駛員被集合起來，排列成整齊的隊伍。我軍一位指揮員宣布：他們被當做“解放戰士”加入我軍行列。
這位首長拍著幾個司機的肩膀說：“好好地在我軍幹吧！”這些“解放戰士”深受感動，他們迅速跑向自己的車輛，把車發動起來。
百餘輛卡車拖著重炮，首尾相接地向後方緩緩開去。明亮的車燈把田野照得如同白晝，喇叭聲響成一片。到臨沂後，我軍後方兵站設宴招待加入我軍的快速縱隊駕駛員，領導幹部親切致辭：“諸位在抗日戰爭的印緬戰場上，曾有過光榮的功勞。可是蔣介石拉你們進行反人民反民主的內戰，使你們變成犧牲品。這是一條危險與黑暗的路。但是你們今天來到人民軍隊中，為人民事業而奮鬥，這是可喜可賀的。人民歡迎你們！”