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這時，中共濟南市委根據山東兵團首長的指示，認真總結了前段對吳化文的爭取工作，認為吳化文單獨起義既無此決心，也無此力量，走上策已不可能，要求改為中策比較現實。同時，為及時掌握吳化文思想變化動向，加強爭取工作，市委確定已打入吳部的地下工作者黃誌平、辛光協助李昌言加緊工作，黃負責內部政治交通，李昌言以親戚關係集中精力對吳化文進行爭取教育。黃誌平通過李昌言向吳化文轉達了山東兵團和濟南市委的指示，明確要求吳化文，如果走上策單獨起義有困難，就在戰役打響，解放軍靠近時配合行動，但不能再作推諉。同時指出：解放軍已包圍濟南，再抱不切實際幻想錯過時機，必將像霍守義那樣後悔莫及。還通過被俘的吳化文部下、蔣軍一六一旅旅長徐日政之妻給吳化文捎信，暗示解放軍馬上就要打濟南，不要重踏徐日政的覆轍。通過多渠道反複工作，吳化文承認了猶豫拖延不按約定時間通電聯絡的錯誤，並表示可以裏應外合。9月12日，吳化文向解放軍方麵發出第一份電報，內稱：“一切事項已大體就緒，眷屬因交通關係尚須待日，請上級再少緩，待到達後即行聯係。”此後，吳化文通過打電話，催促父母速離徐州來濟南。這一些跡象表明，吳化文比較具體實際作起義準備了。
戰役的發起
華野攻濟打援的命令發出之後，北起黃河南岸，南至徐蚌之間，東自蘇北大運河畔，西至豫東的商丘遼闊的大地上，華東野戰軍32萬大軍和數十萬支前民工進入備戰。在大路小路上，大河小河間，在平原丘陵、山村集鎮，形成一股股巨大的力量，以排山倒海之勢向前滾動。真是車隆隆，馬肖肖，旗飄飄，軍號嘹亮，人喊馬嘶，大車小車，肩挑手推，燈籠火把，晝夜與共。
位於豫東渦陽、安徽亳縣的華野第一、四、八縱隊，在葉飛、陶勇、郭化若、張仁初、王一平的率領下，問北越過隴海路，從蔣軍邱清泉第二兵團身邊悄悄擦過，晝夜兼程奔赴魯西南的嘉祥、巨野一線。
由滕海清、康誌強率領的第二縱隊，成鈞、趙啟民率領的第七縱隊，謝振華、李幹輝率領的第十二縱隊，從蘇北漣水一帶向北越隴海路東段，從蔣軍黃百韜第七兵團身邊而過，直奔魯南之津浦路滕縣一線，構築阻援打援工事。
胡炳文、張藩所率之第十一縱隊，根據華野命令，在接替隴海路南之各縱北上留下的陣地後，即北移至山東水泊梁山一帶，構築第二線縱深阻援打援陣地。
豫皖蘇軍區之5個團，在司令員張國華、參謀長陳明義、政治部主任王幼平指揮下，開始了對津浦路徐蚌段的破擊。於是徐州的蔣軍空軍基地發生爆炸，徐州“剿總”驚呼：“共軍有圖徐州之目的。”徐州城內軍車飛馳，城外增兵加哨，似有共軍降臨之勢。這一切就是華野與西柏坡運籌高明之處。
山東兵團之九縱在聶鳳智、劉浩天率領下，十三縱在周誌堅、廖海光率領下，早於泰安、萊蕪城下，以此兩城為濟南之假城池，組織數萬健兒厲兵秣馬，進行攻城訓練，直至臨戰之前，才於夜間悄悄地從泰山以東向濟南靠攏。渤海縱隊於9月15日已占領龍山鎮、三官廟，主力到達濟南城東郊。
宋時輪、劉培善所率之十縱，孫繼先、丁秋生所率之三縱，王必成、江渭清所率之六縱，先於魯西南之嘉祥、巨野間構築打援工事，後又奉命將修好之工事交與四縱、八縱及冀魯豫軍區之獨立第一、三旅。六縱東移東線打援戰場。十縱與三縱則會同曾生、雷經夫所率之兩廣縱隊及魯中南縱隊大部，沿津浦線兩側悄悄向北移動，於9月15日掃清了肥城、平陰之蔣軍後，16日拂曉包圍了長清，主力進至長清東南的宋莊、講書院地區。
就在華野發起對濟南城攻擊後，王耀武判斷解放軍主攻方向在西麵，唯恐飛機場有失，急令晏子風率總預備隊第十九旅和第五十七旅，向古城以西馳援。9月16日深夜12時，遵照華野預定時間，濟南外圍戰鬥正式全麵展開了。這天正陰曆8月15日的前夜，古老濟南城，在中秋明月的照映下，在炮火縱橫的交織中，撲朔迷離，時隱時現，更加顯得詭譎與神奇。解放軍東西兩兵團同時進行攻擊，東兵團的任務是迅速肅清東郊及東南郊外圍陣地，西兵團的任務是迅速搶占飛機場，控製商埠以西陣地。兩路大軍密切配合，以鉗形攻勢從東西兩翼同時向濟南蔣軍合圍過來。經過兩天的激烈戰鬥，西兵團兩廣縱隊和野司警衛團全殲長清守敵；第十縱隊由西向東，攻占了飛機場西麵的匡李莊、杜家廟一帶，並擊退了晏子鳳的援軍；第三縱隊由西南攻占了雙廟屯、陡溝橋等地；魯中南縱隊由南向北，占領了南郊重鎮仲宮及津浦線上的張夏、崮山等要點；冀魯豫軍區部隊攻占了齊河，守敵棄城南逃。東兵團的渤海縱隊攻占了東郊重地郭店，包圍了王舍莊之蔣軍；九縱一舉攻占了王耀武自誇能堅守半個月的城東重要屏障茂嶺山、硯池山兩個主要據點。此時的王耀武，被解放軍打得暈頭轉向，心亂如麻，又認為解放軍的主攻方向在東麵，急令西援立足未穩之晏子風率蔣軍十九、五十七旅調頭向東，投入東線作戰。於是解放軍西兵團乘勢攻克了窰頭、甸柳莊等據點，渤海軍區部隊也占領了城北黃河沿岸的鵲山莊、洛口等地。