19日晚8時後，解放軍向任家山口、白馬山營房及大槐樹、段店、辛店一帶挺進，與吳化文在辛店、孔莊的部隊混住一起。10時許，吳部各山頭守軍紛紛撤退集結，獨何誌誠的獨立旅及孟昭進特務旅兩個團，因吳化文沒有掌握好，通知較晚，尚按兵未動。這時，吳化文因兵力未全部集中，害怕王耀武對付，恐懼異常。辛光一夜往解放軍三縱聯絡七次，最後帶回孫司令員指示：“1.何、孟兩部已經在我們包圍圈內；2.王耀武已經沒有力量對付起義軍；3.我軍一批已集結白馬山一帶，絕無任何問題，望安心；4.你們旅、團部駐地尚未撤退，如白馬山、孔家莊、老屯等，已妨礙我軍前進和作戰，望能從速讓出。”這樣，吳化文才稍安心，一麵令其旅、團部撤退，一麵致電解放軍，保證後撤時絕不會同解放軍發生衝突。隨後，吳化文的軍部移到北尖子，與一五五旅旅長楊友柏住在一起，其他部隊也往北尖子一帶集結。吳化文所率一五五、一六一旅全部起義，隻有一五五旅之四六五團團長王玉臣因曆史上曾殺害革命同誌和群眾數十人，罪惡極大，畏罪逃往綏區司令部向王耀武告密。20日清晨，解放軍三縱與吳軍部電話架通，雙方聯係更加方便，李昌言便打電話給獨立旅旅長何誌誠，動員他認清形勢，起義立功。何毅然決定起義，隨即派人來解放軍接洽。早晨8時許，王耀武電話找吳化文，楊友柏旅長回答：“吳失蹤了！”王耀武妄圖利用楊友柏拆散吳化文部隊，10時許派省參議何修甫（國民黨山東省何思源堂兄弟）和國民黨《中央日報》記者於仲坤，持王耀武親筆信和一萬元金圓券等禮物賄賂楊友柏，並稱委任楊為整八十四師代師長，企圖將部隊拉回。楊友柏欲將何參議殺掉，經中共內部工作人員研究確定，為麻痹王耀武可予以應付，即由楊友柏給王耀武複信，收下禮物，答應照辦。中午，吳化文的起義部隊全部集中於鐵路以北，洛口以南地區。這時，發現整八十四師副師長楊團一潛逃。原來在20日晨，楊團一逃往王耀武處，並報告：“我不同意吳化文的叛亂行為，因家眷在城內，不願跟他走。”“吳部昨夜集結飛機場以西，後要開過黃河以北……”王耀武對楊的行動甚嘉獎，送給一些錢，囑其聽候委派（濟南解放時楊被活捉）。吳化文擔心楊團一泄露部隊集結地域，怕遭到蔣機轟炸，於晩間向中共濟南市委發報，要求移動防地，稱：“其間因人事關係……我盼早日離開此地，聽候命令。”經解放軍偵察地形後，同意吳部逐次撤離，陣地移交解放軍。當晩，吳軍部和家眷移居七裏鋪，部隊也在此集結。這時，孟昭進的特務旅接到吳化文的通知後，也率殘部第二、三團宣布起義（其一、四團已被殲）。21日，何誌誠獨立旅、孟昭進特務旅相繼向七裏鋪一帶集結。至此，吳化文所率蔣軍整八十四師之一五五、一六一旅及第九十六軍特務旅、獨立旅等共兩萬餘人，全部起義成功。
西兵團強攻商埠區
在解放大軍四麵臨城，西守備區指揮官、蔣軍整第九十六軍軍長兼整八十四師師長吳化文率部戰場起義，濟南城西部門戶被打開，其防禦體係被嚴重打亂，王耀武震動極大，急忙調動特務團和裝甲連，加強綏區司令部警衛；同時急電劉峙、蔣介石請示“可否一舉向北突圍”。而蔣介石和劉峙回電嚴令“固守待援”。王耀武不得不慌忙調整部署，縮短戰線，將一些外圍據點部隊撤到城內，以內城為主，固守城垣，隻留下千佛山、四裏山、齊魯大學、商埠和外城為據點；王耀武還命令守內外城的蔣軍，將城牆附近的建築物和民房全部拆除，以掃清射界，阻止解放軍接近城垣。9月20日黃昏，解放軍西兵團從南、西、北三麵，同時向商埠區發起強攻，頓時炮聲齊吼，火光衝天，煙霧一層一層彌漫開來，商埠城牆上蔣軍工事都橫七豎八坍塌下來。華野三縱由西麵向橫貫商埠東西的幹線經二路和經三路迅猛向東推進，十縱自北向南突擊，十三縱和魯中南縱由南麵向東北方向猛攻。