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解放軍攻城集團集中全部炮火，向內城城垣及防禦工事猛烈轟擊，槍炮聲驚天動地，震耳欲聾，號聲、吼聲、喊殺聲，陣陣相連，此起彼伏，響徹雲霄；各路部隊穿過滾滾的硝煙，豎起雲梯，掛起竹竿，一波又一波地向內城湧去。東線兵團七縱對新東門至東南角段實施突擊，渤海縱自新東門以北實施攻擊。西線兵團十三縱攻打西南角坤順門，三縱進攻西門，十縱繼續掃清外城殘敵。然而由於內城工事更堅固，蔣軍封鎖嚴密，攻城部隊全線受挫，被阻內城城下。一時間，天上的烏雲遮住了月亮，地上的煙火彌漫了護城河兩岸，氣氛像死水一般沉寂，令人窒息不安。盡管如此，攻城部隊銳氣不減，仍奮勇向前，戰鬥至24日拂曉，攻城有了突破性進展，九縱第二十五師七十三團在東南角率先殺上城頭，將紅旗插上氣象台。十三縱第三十七師一○九團也在西南角撕開了突破口，於是三縱第八師二十四團從西南角迅速跟進，後續部隊源源湧進內城，投入巷戰。接著，東西兩路攻城大軍沿內城大街，勇猛向前，勢如破竹，守敵潰不成軍，紛紛舉手投降。攻至國民黨山東省政府時，蔣軍利用坦克、裝甲車及各種輕重武器作最後垂死掙紮，並用火焰噴射器燒毀附近民房，企圖阻止解放軍前進。攻城部隊一舉突破蔣軍多層工事，衝進省府大院，占領了王耀武撤入內城後負隅頑抗的指揮所，躲藏在地下室裏負責戰役總指揮的二綏區參謀長羅幸理舉手被俘，到24日黃昏17時30分戰鬥結束，濟南宣告解放。當清查俘虜時，就是沒有王耀武。
活捉王耀武
王耀武究竟哪裏去了？濟南解放後沒幾天，捉到王耀武後才徹底弄清楚。
自吳化文戰場起義之後，王耀武麵對解放軍的強大攻勢，對死守已毫無信心。就在吳化文起義的第二天，國防部長何應欽飛臨濟南上空視察，與地麵王耀武通話說：“王司令官，蔣總統要我向你及全軍將士致意，今天的情況還好吧！”王耀武回答：“報告部長，吳化文過去了。”何問：“這麼大的事情，你事先怎麼不知道？”王答：“報告部長，這樣的事情事先沒法知道！”何應欽在天空看到濟南城煙塵滾滾，聽到槍炮聲隆隆，說了一番打氣的話後，命令：“固守待援”，飛機調頭就向南跑了。王耀武目送著愈飛愈遠的飛機，心頭空虛絕望之情越來越濃。
解放軍在23日攻占外城後，立即發起對內城攻擊，到24日上午11時，攻城部隊已湧進內城，王耀武的臨時指揮所已經暴露，而且無兵可守，更無兵可調，王耀武於是長歎一聲，對二綏區參謀長羅幸理說：“我該走了，留在這裏沒有好處，事情已經很明白，你們也各自想辦法吧。”接著，他要四名衛士按原定計劃脫下軍裝，換上一套對襟夾祅和黑色單褲，扛上一個棉被卷，同羅幸理握了握手說：“對外邊，就說我巡視陣地去了。我走後，你也該想辦法，如果你我都能回到南京，那麼算是祖宗積德了。”羅幸理見此情此景，流著眼淚說：“司令官，回到南京，不怕總統說我們棄城逃亡，沒有執行他死守濟南的命令嗎？”王耀武一怔道：“我知道，我知道，可是如果不走，結果如何？你也知道。我一家老小全在南京，今天是非走不可了。”說罷，王耀武帶著四名衛士混在難民群眾裏出城而去。起先，他化裝成病人，臉上貼張膏藥，頭上戴頂破舊呢帽，低低地罩著眼睛，讓一輛小車推著走。出了城，便雇了兩輛大車，另換衣服，索性裝著重病，隻見他手巾蒙著臉，蓋兩床大棉被，躺在車上哼哼唧唧，四個衛士有的推車，有的挑物，沿著膠濟路北側的大路東行，企圖混過解放區逃往青島。
王耀武在逃跑的路上，前四天都順順當當的過了關。但在9月28日，他害怕的事情終於發生了。那天清晨8時，當王耀武一行人進入壽光縣的張劍昌橋頭，公安人員發現這輛不尋常的大車，並把他們扣留了。開始，王耀武裝成重病人，躺在車上竭力輾轉反側，哼聲也越來越大；一位公安人員走到他身旁，王耀武伸出舌頭，表示病情嚴重，不能說話，公安人員忙找來醫生為他看病，結果發現這位奇特的病人，脈搏同健康人一樣。審問人員笑了笑問道：“那你叫什麼名字？總該告訴我們吧！”王耀武作吃力狀，素筆寫了“喬堃”二字。公安人員問：“喬堃家居何處？做何職業？”王答：“係臨清人氏，在濟南開菜館！”公安人員又問：“是何字號？”王耀武卻答不上來了。公安人員不解地問：“怎麼，你是老板，竟連自己的字號都忘了？”王耀武道：“哪，哪是我忘記了，給大炮嚇糊塗了。”公安人員說：“好吧，你再想一想吧，同你坐在一個車上的是什麼人？”王答：“他，他是我的侄子。”公安人員問：“你的侄子是什麼地方的人？是什麼村莊的？他的父親是你的什麼人？叫什麼名字？”問得王耀武神情越來越緊張，說話吞吞吐吐，急得滿頭大汗，回答：“嗯，嗯……想不起他是什麼村莊的，離俺那個地方不遠。他的父親是莊戶人，名字嗎？記不起來了……對，他叫喬堃。”王耀武顯然這時是嚇糊塗了，竟把自己的假名，又安到他“侄子”的父親頭上。公安人員看到這般情況，幾乎笑出聲來，然後嚴肅地對王耀武說：“中國共產黨的政策是：凡是敵人，繳槍不殺。但俘虜如有欺騙隱瞞不行。我們不要俘虜一個銅板，可是滿口說謊話的人，我們不歡迎！請問你到底是誰？要講真話！”王耀武思索再三，終於無可奈何地緩慢說：“已經到了這般天地，讓我說實話罷，我就是王耀武。我是國民黨第二綏靖區中將司令官、國民黨中央執行委員、山東省主席、山東省保安司令。”公安人員說：“你早說不就沒事了嗎？現在你還有什麼話要說？”王耀武回笒：“沒有什麼好說的，我已經是俘虜了，要殺要剮，由你們處置好了。”公安人員解釋道：“我已經同你說過，共產黨不殺俘虜，也不拿俘虜任何東西。在今天的解放軍中，你可以看見不少你的老同事、老部下，他們會告訴你很多東西。”王耀武感歎地說：“不，我和他們不同。他們是他們，我是反動派啊！”後來，王耀武被送往山東省解放軍教導團。