一九四八年五月间，第二绥靖区司令官兼山东省政主席王耀武从南京返回济南。虽然军事形势已如大战前夜，但他下了飞机哪也没去先回了家。
王耀武走进母亲的房间问安，他自幼丧父，母亲含辛茹苦把他拉扯大，他是个孝顺的儿子。目不识丁的母亲从儿子的脸上看出他忧心忡忡。王耀武没有多说什么，只是说济南现在不大安全，建议母亲搬到南京去住。接着，他去了自己的房间。夫人郑宜兰是福州地方法院推事的女儿，是王耀武以连长之职随北伐军入闽时结识的，两人婚后相敬如宾，十分恩爱。王耀武把当前的局势向夫人诉说了一遍，郑宜兰听了很是悲伤，她表示按照丈夫的心愿尽快带着母亲和孩子离开济南，她还安慰丈夫一切不必挂心，放心打仗，打完仗快些到南京团聚。
济南守军很快就知道了他们的司令官南迁家人一事。
谁都知道这一举动无疑是一场血战即将来临的信号。
一九四八年春夏之际，有三座省会城市成为共产党人的攻击目标：华东野战军粟裕部作战范围内的山东济南、东北野战军林彪部作战范围内的吉林长春以及华北军区徐向前部作战范围内的山西太原。战争双方都很清楚：全国的战局发展至此，无论以上哪座城市发生战事，导致的后果绝不是一座城市的得失，而是引燃国共双方大决战的导火索。毛泽东苦苦思索的是，从哪座城市下手才能导致最理想的战争走向？
蒋介石也在紧张地判断，哪座城市的失守会动摇长江以北的整个战线？
王耀武是应蒋介石之命飞往南京的。
在刚刚过去的两个月内，王耀武的第二绥靖区损失近八万兵力，济南周边三百公里的区域皆为共产党人所控制，济南已经成为一座孤城。王耀武深居简出，深思熟虑之后得出两个判断：一、共军必攻济南，二、济南无法守住。王耀武认为，必须果断地放弃济南，将所剩兵力集结在兖州及其以南地区，与驻守徐州战区的部队连接起来，巩固徐州至兖州之间的铁路交通，只有这样山东以至中原战局才有支撑下去的可能。
在南京机场迎接王耀武的，是蒋介石的贴心幕僚陈布雷。陈布雷与王耀武是至交。寒暄之后，王耀武不避讳地说出了放弃济南的想法，陈布雷当即表示赞同，但他也直言不讳地说恐怕无法说服蒋介石。
蒋介石为王耀武安排了家宴。夫人宋美龄亲自下厨炒了几个菜，其中有王司令最爱吃的红烧鸡块炖粉皮。家宴在宋美龄的营造下弥漫着一种温馨的氛围。酒过三巡之后，王耀武小心地把自己的想法说了出来。果然，蒋介石认为必须确保济南。他的理由是：一、济南是华东战略要地，济南至徐州的铁路已修好通车。为了不让华东与华北的匪区打成一片，不让共军掌握交通的动脉，必须守住济南。二、不能使驻扎在青岛的美国海军陷于孤立；否则，不但在军事上，政治上也于国军不利，且会影响美国对我们的援助。三、我们有空运大队，随时可以增派援军。在空军优势的条件下，济南并不孤立，没有后方也可以作战。蒋介石的话令王耀武印象深刻：
济南如果被围攻，我当亲自为你督促主力部队迅速增援。只要你能守得住，援军必能及时到达，我有力量来解你的围。为了确保济南，必要时还可以增加防守部队。打仗主要是靠士气，鼓励士气，首先自己不要气馁。你要知道，我们的失败是失败于士气的低落。你们如不发愤努力，坚定意志，将死无葬身之地。
心情矛盾的王耀武去见了行政院院长张群。张群情绪不高：“主席总是说政治配合不上军事。兵员粮食困难也要怪我们。军队一打就败，地区不断地缩小，地区愈缩小，兵员粮食就愈没办法。这样下去，真是危险！”王耀武又见了国防部长何应钦。何应钦情绪激愤：“抗战胜利后，我们与共产党作战以来，我们的将领送给共产党的礼很多，你也送礼不少。陈辞修曾夸口说只需要三个月、六个月就可以解决共军的主力，可是现在已打了两年多了，不但没有解决共军的主力，我们的军队反而已经被消灭了约有两百多万。这样下去，真是不堪设想。希望你守住济南，不要再向共产党送礼了。”
王耀武返回济南的时候，南京各大报纸都刊登了消息：“王司令长官在文化堂信心百倍以告国人——济南城防稳固，工事坚强，部署完成，确有保卫大济南安全之把握。设若奸匪冒险来犯，必予迎头痛击！”
毛泽东原来把夺取第一个大城市并永久占领的希望寄托在林彪身上，因为当时夺取长春的条件最为成熟。长春国民党守军约十万人左右，正规军和非正规军、中央军和地方军之间矛盾复杂，且具有滇系背景的第六十军军长曾泽生正在酝酿起义。但是，林彪认为攻击长春消耗很大，目前还没有必胜的把握，建议围困克城。
六月二十五日东北野战军开始围困长春。
于是，毛泽东将攻克大城市的战略意图转移到山东济南。
七月十六日，毛泽东一天之内起草多封电报，发致华东野战军，催促发起攻击济南的作战行动：
第一封电报发致华东野战军山东兵团司令员许世友、政治委员谭震林：
你们歼灭八十四师后除一部兵力歼灭济宁、汶上之敌，并负责扼守运河要点阻止可能之敌东渡以外，主力应不惜疲劳抢占济南飞机场，并迅速完成攻击济南之准备，以期提早夺取济南。
第二封电报发致华东野战军代司令员兼代政治委员粟裕、参谋长陈士榘、政治部主任唐亮和副参谋长张震：
……攻克兖州又歼八十四师甚好甚慰。望鼓励士气，于尽可能短促时间完成对济南之包围［首先夺取飞机场］，并乘胜夺取济南。如果可能，你们应争取于十天内外夺取济南。
第三封电报发致粟裕、陈士榘、张震、许世友、谭震林：
……许（许世友）谭（谭震林）已歼灭八十四师，济（济宁）汶（汶上）敌已南逃，邱（邱清泉）兵团可能停止东进。许谭在现地休息一二天，应不惜疲劳减员迅即北上包围济南，并争取于十天内外攻克之。
济南北靠黄河，南倚群山，重要的战略地位使这座古城几乎变成了一座军事要塞。此刻，济南城内驻守着王耀武部九个正规旅、五个保安旅和特种兵部队，兵力约十万。同时，在南面还驻扎着邱清泉、李弥和黄百韬的三个机动兵团约十七万人，一旦济南受到攻击，他们随时可以北上增援——从战场态势上看，粟裕面临的敌情比林彪面对长春时要严重得多，济南是三座城市中似乎最没有把握攻取的一座。
毛泽东的催促令粟裕很是不安。
华东野战军的内线兵团与外线兵团尚未完全会合，仅靠位于内线的山东兵团很难独立完成既攻济南又打援军的任务——无论攻城还是打援，夺取济南都必将是一场恶仗。且华东野战军主力经过几个月的连续作战，部队减员严重，特别是基层指挥员和战斗骨干损失严重，尚未来得及补充。部队的作战物资消耗甚大，目前秋粮尚未收获，生产和支前存在着冲突，数十万大军作战的粮食供应任务繁重。如果仓促攻击济南，稍有不慎打成夹生饭，后果不堪设想。
粟裕经过缜密考虑致电中央军委，提出目前攻击济南尚有困难，建议休整一个月，然后集中华东野战军主力发动济南战役。
……以许谭现有兵力攻济南与打援，势难得手，如以许谭专任攻济南，兵力虽可，但时间需长，敌仍可能来援。如邱刘（整编六十四师刘镇湘部）两兵团北援，则许谭专任打援，亦感兵力不够。因此，建议许谭与我们争取休整时间一月，而后协力攻打济南，并同时打援，于打援中选择有力阵地，求歼邱兵团之大部或全部，均属可能。为求迅速攻占济南，必要时，此间可抽出几个长于攻坚速决的部队参战［估计有半月时间即可］。只要济南解决，打援方面又取得胜利，则战局可能迅速向南转移，今冬攻占徐州之计划，似属极大可能……
中央军委回电，同意粟裕部休整一个月，但需提出休整完毕后的作战计划。
八月十日，粟裕等华东野战军领导联名向中央军委提出了三个作战方案：一是集中全力转到豫皖苏和淮北路以东作战，目的是“截断徐蚌铁路，孤立徐州”，作战重点是打援，求得在运动中寻歼邱清泉的整编第五军——这个方案的好处是将战争完全推出了解放区，减轻了解放区百姓支撑战争的负担，同时可以分散邱清泉和黄百韬两部兵力，也许能产生打大歼灭战的战机；缺点是大军外线作战，“供应极感困难”，陇海路又便于敌人机动增援，阻击的压力大，打不好孤立徐州的目的不易达到。二是集中主力首先攻占济南，用必要兵力阻击增援之敌——这个方案的好处是可以使济南守军的兵力和工事不至于继续加强，“便于我军之攻击”，迅速占领济南也有利于“全国战局及政局”；缺点是，济南非短期可以攻占，战时若长，阻援部队负担过重，一旦阻援出现不利，对济南的攻击将会形成僵局。同时，把重兵放在攻打济南上，兖州和济宁等城市可能会被国民党军重新占领，对大局也是不利的。三是将前两个方案合并考虑，攻占济南与阻击打援同时进行，即先重点打援，得手后集中主力攻占济南——这个方案的好处是在预定战场打援便于达成歼敌目的，“只要援敌被歼，则攻济南有保障”。如打援与攻城皆能取胜，就会使下一步“孤立徐州”实施作战成为可能。而且部队依托解放区作战，补给相对容易。
粟裕提出初步战役设想后，同时建议中原野战军主力“向信阳或南阳汉水流域进击”，吸引黄维的第十二兵团南下，“使其不易北援”；陈谢兵团在郑州附近发动攻势，牵制孙元良的第十六兵团，使其不能东援。
两天后中央军委回电。这是一封著名的长电，大战在即的紧要关头，统帅部与前方将领关于作战方针的讨论皆为商榷的口吻，这种语气温和的作战电报在中外战争史上十分罕见，尽示共产党人的开阔襟怀。
显然，毛泽东与粟裕的想法有很大不同：
……你们所提三个方案我们正考虑中，待你们和许谭会商提出更接近实际的意见以后，再正式答复你们。现我们只提出一些初步感想，作为你们会商时的参考材料：
（一）九月作战，预计结果有三种可能。第一，打一个极大的歼灭战。这即是你们所说的既攻克济南，又歼灭五军等大部分援敌。第二，打一个大的但不是极大的歼灭战。这即是攻克济南，又歼灭一部分但不是大部分援敌。第三，济南既未攻克，援敌亦不好打，形成僵局，只好另寻战机。
（二）你们第三方案之目的，是为了争取第一种结果。其弱点是只以两个纵队占领飞机场，对于济南既不真打，而集中十一个纵队打援，则援敌势必谨慎集结缓缓推进，并不真援。邱（邱清泉）、区（区寿年）兵团之所以真援开封，是因为我们真打开封。敌明确知道我是阻援，不是打援，故以十天时间到达了开封。如果你们此次计划不是真打济南，而是置重点于打援，则在区兵团被歼，邱黄（黄维）两兵团重创之后，援敌必然会采取［不会不采取］这种谨慎集结缓缓推进方法。到了那时，我军势必中途改变计划，将重点放在真打济南。这种中途改变计划，虽然没有什么很大的不好，但丧失了一部分时间，并让敌人推进了一段路程，可能给予战局以影响。
毛泽东的意思很清楚：粟裕仅用两个纵队攻打济南显然兵力少了，国民党军立即就会识破这是在围城打援，于是他就不会不顾一切地增援；如若敌人不积极增援，集中十一个纵队的庞大的打援计划何以实现？其结果很可能是攻城不成，打援也不成。
……在使用许谭全力而不要其余各纵参加，或者即使参加也只是个别的师，至多不超过一个纵队的条件下，我们目前倾向于攻城打援分工协作，以达到既攻克济南，又歼灭一部援敌之目的，即采取你们第二方案，争取上述第二项结果。我们觉得这样做比较稳当，比较能获结果。因为此次作战，是在区兵团主力被歼，邱黄又受重创，二十五师（黄百韬部）后撤的情况之下，虽然新来了八师（李弥部）、六十四师（刘镇湘部），至多只能抵上区兵团主力之被歼及二十五师之后撤。你们集中六至七个纵队不但能阻住援敌于适当地区，而且能歼灭其一部分，至少能保障攻克济南。这就是我们所想的攻城打援分工协作计划。
粟裕明白了，毛泽东认为阻援不足以动用十一个纵队的兵力，只要六七个纵队，不但能阻击住，而且还能歼敌一部，这样就可以从阻援兵力中腾出四五个纵队用于攻克济南。
不管你们采取第二方案或第三方案，在兵力部署方面，叶飞（华东野战军第一纵队司令员）所指挥的三个纵队，应于本月下旬结束整训，北移嘉（嘉祥）巨（巨野）地区。已经在北面之各纵及正在移动中之第三纵，则应适时驻于兖济或其以南地区。即是说，除韦（华东野战军苏北兵团司令员韦国清）吉（华东野战军苏北兵团副政治委员姬鹏飞）之五个旅可以临时决定参战位置外［该部似以担任攻击徐蚌段为宜］，一切正规兵力均应位于正面，先求阻击，然后寻机歼其几部。而不要企图以叶飞三个纵队尾邱黄之后，作夹击邱黄之部署。如果你们是企图打援，则邱黄决不分散走两路而让你们夹击其一路。那时敌之部署，极大可能是以一部位于运河以西［例如金乡］以钳制我军一部，而以主力沿津浦路北进援济。或者相反，以一部扰击津浦路，而主力沿运西北上援济。因此，我军必须事先先夹运（运河）而阵，并构筑几道防御工事，以便随时转移兵力于运东或运西阻击与歼灭援敌。
毛泽东对粟裕预想的打援计划也提出了异议，认为采取尾追分割的办法不妥，建议在运河两岸设置伏击战场。
粟裕表示坚决执行军委的部署，但坚持济南战役分两个阶段实施：
第一阶段以足够（兵力）攻占机场及达到吸引援敌之力量［约两至三个纵队］，使用于济南方面外，其余应全部使用于打援，以求于第一阶段歼援敌六个旅，迫使援敌其余各路不敢继续猛进。然后于战役第二阶段集中主力［东兵团全部及西兵团三至四个纵队］攻占济南，仅以一部担任阻援。如此才能争取攻济时间，才能保证打援无问题……
济南毕竟是一座重兵驻守的大城市，在它南面的豫北和苏北一带，又有随时可以机动增援的众多兵力，作为前方战场指挥员，粟裕必须在战前想到所有可能出现的情况，比如国民党军以大兵力迅猛增援，一旦突破我军的阻击防线，济南城内的守军也许会趁势反击而出。但是，毛泽东断定国民党军已难以实施大规模的协同作战。如果国民党军是一支上下一致、彼此协同、全力作战的部队，我军对攻击济南这样的大城市必会三思而行。
粟裕要求调苏北兵团主力参战以解决兵力不足的问题。
中央军委批准苏北兵团除在苏北留两个旅之外，其余两个纵队加一个旅全部北上参战。同时再一次致电粟裕：
粟裕同志：
……此役关系甚大，根据敌我两方情况，你的顾虑是有理由的……攻克济南之时间不能预先只规定一种，而应预先规定三种，即二十天、一个月、两个月。这三种时间中，我们固然要争取第一种，其次是第二种，但这在战役发起之前只是一种理想，是否实现要依攻击过程中敌之防御能力如何才能确定。或者二十天左右即可攻克，这样我阻援兵团是有把握阻得住援敌的［包括歼敌一部分］；或者要一个月左右才能攻克，这样我必须歼灭援敌几个旅，虽然不一定是六个旅，但歼其三至四个旅是完全必须的，否则就不能阻住援敌，我攻济必功败垂成。但最重要者是一个月左右还不能攻克济南，必须大量歼灭援敌，例如六个旅、八个旅或更多些，根本停止了援敌前进，给我以所需要的一切攻城时间，例如一个半月，两个月，或更多些［打临汾曾费去七十二天］才能克城，你们的根本出发点应放在这种情况上。我们不是要求你们集中最大兵力，不顾一切硬攻济南，这样部署是非常危险的。我们要求你们的是以一部兵力真攻济南［不是佯攻，也不是只占飞机场］，而集中最大兵力于阻援和打援……在此种形势下同意你的意见，第一阶段以足够攻占机场及吸引援敌之力量［两至三个纵队］用于攻城，其余全部用于打援。依情况发展，如援敌进展得慢，而攻城进展顺利，又有内应条件，则考虑增加攻城兵力，先克城，后打援；如援敌进展得快，则应全力先打援，后克城。
军委
俭（二十八日）丑（夜）
至此，“攻济打援”的作战方针基本形成。
在随后致许世友的电报中，毛泽东特别阐述了“攻济打援”的意图所在：“此次作战目的，主要是夺取济南，其次才是歼灭一部分援敌，但在手段上即在兵力部署上，却不应以多数兵力打济南。如果以多数兵力打济南，以少数兵力打援敌，则因援敌甚多，势必阻不住，不能歼其一部，因而不能取得攻济的必要时间，则攻济必不成功。”
华东野战军制定的作战计划是：以三十二万总兵力的百分之四十四约十四万人攻击济南，同时以百分之五十六的兵力约十八万人阻援。攻城的主攻方向是济南城西，因为西面守军整编第九十六军军长吴化文有战场起义的可能。
野战军组成了攻城兵团和打援兵团：
攻城兵团战斗序列是：第三纵队八师、九师，第九纵队二十五、二十六、二十七师，第十纵队二十八、二十九师，第十三纵队三十七、三十八、三十九师，两广纵队三个团，渤海纵队七、十一师，鲁中南纵队四十六、四十七师，渤海军区四个团，冀鲁豫军区六个团，野战军司令部警卫团，特种兵纵队一部。打援兵团战斗序列是：第一纵队一、二、三师，第二纵队四、五、六师，第四纵队十、十一、十二师，第六纵队十六、十七、十八师，第七纵队十九、二十、二十一师，第八纵队二十二、二十三师，第十二纵队三十五、三十六师，鲁中南纵队四个团，冀鲁豫军区独立第一、第三旅，中原野战军第十一纵队三十一、三十二、三十三旅，特种兵纵队一部。
攻城兵团以第三、第十纵队以及鲁中南纵队组成西兵团，由十纵司令员宋时轮、政治委员刘培善统一指挥，攻占机场后向内城发展。另外，西兵团还负责指挥两广纵队、野战军警卫团、冀鲁豫军区部队围攻济南以南的长清和济南以西的齐河。同时，攻城兵团以第九纵队和渤海纵队组成东兵团，由九纵队司令员聂凤智、政治委员刘浩天统一指挥，肃清济南东郊外围据点后协同西兵团攻城。攻城兵团以第十三纵队为预备队，配属在济南的东南方向。
打援兵团则按照“夹运而阵”的部署：第四、第八两纵队及冀鲁豫军区独立第一、第三旅位于鲁西南的金乡、城武、巨野、嘉祥地区，构筑防御工事，阻击可能由豫东商丘和皖北砀山地区出动的援军；以鲁中南军区四个团及第七纵队一部位于鲁南滕县至官桥之间，准备阻击自徐州方向出动的援军；以第一、第六、第七纵队主力、中原野战军第十一纵队、苏北兵团第二、第十二纵队，配属纵队炮兵第二、第三团的两个连，集结于济宁、兖州和滕县以东地区，待机歼灭沿津浦路北上的援军。
粟裕计划九月十六日发起攻击，预计十五至二十天攻克济南。
蒋介石深知“济南稳则徐州稳，徐州稳则中原稳”。一九四七年二月莱芜战役失利后，他曾亲自到济南当面告诫王耀武：“济南在政治、军事、地理上都很重要，如发生问题你要负责。”但是，到了一九四八年春，济南至潍县、济南至青岛和济南至徐州之间，国民党军各部都已被一一歼灭，济南周围三百公里的地区都已被华东野战军控制。美国军事顾问团主张将王耀武部从济南撤至徐州，但蒋介石坚持认为这是美国人不懂得中国军事地理而提出的糊涂建议，济南必须固守。
九月初，蒋介石得知华东野战军开始向济南方向云集，立即命令将驻守青岛的整编七十四师（孟良崮战役后重建）五十七旅和驻守徐州的整编八十三师十九旅紧急空运济南。同时命令邱清泉的第二兵团集结于豫北商丘一带，黄百韬的第七兵团集结于苏北新安镇一线，李弥的第十三兵团集结于苏北宿县一线，以备北上增援济南。
王耀武的幕僚们一致认为，共军绝不会放过济南，济南很快就会受到攻击。因为，一、共军为了巩固后方必须占领济南；二、共军已经具备了相当的攻坚能力；三、之前，共军对胶济铁路、津浦铁路和济南附近地区的公路不断破坏，最近却一反常态开始加紧抢修；四、共军又开始大量释放被俘官兵了，在莱芜战役中被俘的大部分军官已被释放回济南，同时共军对潍县、兖州战役中失散的国军军官家眷给以格外照顾，每人都发了路费让他们回到济南城，连从潍县等地跑到济南的商人也到处说共军如何好，要知道，共军每在大战发动前都要做这些工作。
王耀武知道，由于整个城防防御正面太大，兵力不足导致机动兵力很少，而守备区域内处处都要设防，拿第二绥靖区参谋长罗幸理的话来讲，济南防御系统犹如“大人穿小孩的衣服”。在这种情况下，只有加强每一个据点的防御工事。王耀武下令济南全城征工征料。他亲自视察施工情况，重点检查机场、四里山、千佛山、砚池山、茂岭山、洪家楼、黄台山等主要据点。为了检验坚固性，他命令炮兵对准砚池山和茂岭山工事进行破坏性轰击，结果令他十分满意。他对陪同他检查的整编七十三师师长曹振铎说：“这样坚固的工事，共军想攻下一个据点，是极不容易的事。我们如再守不住，那真太无用了。”曹师长说：“我在抗战时也没有做过这样好的坚固工事。我们的工事做好了，就怕共军不敢来；如来攻，定会把他们击败。”
为了抢夺粮食，蒋介石用四架运输机空运来大量的金圆券，王耀武命令各部队或在解放区的边缘，或派人潜入解放区的内部，用金圆券将村镇百姓手里的粮食抢夺殆尽。为了解决兵源不足问题，王耀武开始扩编地方武装，先是招募社会闲杂人员组成了约两千人的“救民先锋总队”，又招收青年学生组成了约八千人的“青年教导总队”。国防部军事新闻通讯社少将主任刘子瑛急就特写一篇，题为：一寸山河一寸血，十万青年十万军。王耀武认为文章写得很好，特送刘子瑛面粉十袋煤炭一卡车。接下来，士气是个大问题。王耀武深知，打仗不是打谁的兵多，最终打的还是士气。此时，国民党军中认为打不赢共产党已成共识，这种念头经过被释放回来的被俘官兵的宣传得到进一步强化，最令人担心的是这种想法在军官中尤为普遍。王耀武决定采取“正面教育”的手段。他评选“战斗英雄”，为立功官兵授奖，还指示商会出钱、妇女会出人组成“慰劳队”，去部队赠送慰劳品，演戏、唱歌，替官兵缝补浆洗。提高王耀武的个人威望，也是提高士气的重要内容，济南各大报刊连续刊登吹捧文章，称誉王耀武“当年三捷长沙，近日砥柱黄河，古城名将，相得益彰，济南城防，坚如磐石，固若金汤”。
但是，蒋介石认为，王耀武本人的士气就很成问题。他先后派国防部第三厅厅长郭汝瑰和徐州“剿总”副总司令杜聿明来济南视察防务。郭汝瑰是工兵出身，他对王耀武就城防阵地的构成作了理论上的阐述，比如他认为城内修建的碉堡过于暴露，容易受到火炮的直接轰击，建议把几只羊放到碉堡里去开炮试一试。杜聿明则热衷于他在东北与林彪作战的体会，不但没有对济南防务提出任何积极的建议，反而与王耀武的高级将领们发生了冲突。因为王耀武希望徐州方面至少调来一个师加强济南防御，而无论是徐州“剿总”总司令刘峙，还是杜聿明，都不可能再抽出一兵一卒给济南，因为他们必须确保徐州的安全。杜聿明说，只要加强工事，济南便可以守住，只要守上十五天，增援部队就可以到达，如果守不住，再增加多少兵力也同样守不住。王耀武的高级将领们根本不相信增援部队能在十五天内到达，而如果不增兵，济南顶多能守上三五天。杜聿明很生气，他向蒋介石报告说，济南守军将领的思想有问题。还是陪同视察的陆军总部第三署署长徐志勖和副署长程有秋说了真话：济南防御摊子太大，兵力和火力都显不足。
王耀武利用现有兵力制定了济南城防部署：济南全城被划分为东西两个守备区，守备的重点是机场以西以南。东守备区自城北洛口至城南八里洼，以外围黄台山、茂岭山、砚池山、千佛山一线为主阵地，由整编七十三师十五、七十七旅和整编第二师二一三旅、特务旅、保安六旅等部队防御，整编七十三师师长曹振铎统一指挥，司令部设在城内窗后街西头。西守备区是城北洛口至城南八里洼一线以西地区，以外围周官屯、白马山、青龙山、张庄飞机场、商埠西端一线为主阵地，由整编八十四师一五五、一六一旅、整编第九十六军独立旅、整编第二师二一一旅、青年教导总队、救民先锋总队和保安八旅等部队防御，整编第九十六军军长兼整编八十四师师长吴化文统一指挥，司令部设在城西的商埠。同时，以空运济南的部队为总预备队，由整编第二师师长晏子风统一指挥。
九月十四日，王耀武再飞南京，请求蒋介石必须增加济南的防御兵力，至少要给一个师。王耀武反复陈述：过去与共军作战，增援部队大多没有到达指定位置，原因是对共军的阻击能力估计不足。如果济南受到攻击，增援部队不能及时赶到，济南就危险了。蒋介石终于答应将整编七十四师从徐州空运到济南。得到了一个师，虽然还是口头上的，王耀武稍微松了一口气。但当蒋介石把他带到紫金山中的一块空地时，他的心情再次异样起来。蒋介石对他说，这里是筹划中的国民革命军将军墓地，少将以上的将领战死都将埋在这里，图纸已经画好，只是时局紧张不知能否按计划施工。接着，王耀武再次听到了蒋介石近来频繁重复的那句话：我们弄不好会死无葬身之地。
离开那片长满青草的山坡，王耀武立即回到自己在南京的别墅看望母亲、妻子和孩子。母亲老泪纵横，妻儿悲喜交加。王耀武只在家里待了一个晚上就返回了济南。他不知道的是，与母亲妻儿一别，此生竟天各一方。
九月九日，华东野战军攻城部队自济宁、汶上、泰安和莱芜地区向济南隐蔽开进，至十五日夜逼近济南城下。
王耀武判断共军的主攻方向在西面，目标首先是占领机场，遂将预备队整编八十三师十九旅调往机场方向，并将整编七十四师五十七旅收缩入城，准备用于城西防御。
十六日午夜，济南战役正式打响。
华东野战军攻城兵团在东、西、南、北各百里的广阔范围内，同时向济南外围据点发起猛烈攻击。根据济南外围据点纵深大、空隙多的特点，各部队迅猛穿插，大胆揳入，开始割裂济南外围的防御系统。西兵团十纵由西向东攻击，拂晓时分，守军十九旅五十五团闻风撤退，二十八师官兵追敌至济南以西的古城附近，歼灭整编第二师二一一旅的一个团部。在向古城攻击时，突击部队一度受阻，后改用土工作业的手段挖掘交通壕近敌。夜幕降临，二十八师在开阔地的深壕内再次发起攻击，守军最终放弃阵地逃跑。此时，二十九师已开始攻击玉符河边的常旗屯据点。常旗屯据点是敌二一一旅旅部所在地，前面的玉符河宽约百米，深约两米，坝高三米，河边堡垒成串，设置有地雷区。二十九师八十七团三营在营长胡成群和教导员刘华的率领下，强渡突破。七连三排长张宪臣率领全排边涉水边攻击，三十九名官兵，攻击到堤坝前时，只剩下了腿部受伤的张排长和参军才一个多月的战士李洪绪。张排长踩着李洪绪的肩膀爬上堤坝，炸毁一座地堡之后，用绑腿将李洪绪拉上来，两人在守军反扑时坚持不退，一直等来后续部队。
西兵团的两广纵队和野战军警卫团包围了济南西面的长清县城。长清是济南外围防御的重要据点，由县自卫队两千余人负责防守，最高指挥官是这个县的县长。县长在西兵团开始攻城后，命令守军在东门里的大操场集合，准备济南方向的增援部队到达时趁势突围。但是，左等右等不来。上午十时传来消息说，增援的整编第二师受阻来不了了，县长立即命令部队回到原阵地上。可是，西兵团的官兵已经攻入城内。据守县城南门外险要阵地石麟山的守军也跑回来了，被守城官兵用绳子一个个从城墙外拉进了城。石麟山丢失，长清也就完了。于是，县长又命令全体到北门集合，准备突围。此时长清城里已经大乱，试着从北门突出去的先头部队很快就没了消息。紧跟着，县长也没了踪影，听说他绕到西北角逃出去，但没逃多远被解放军捉到了。长清县守军，除被打死打伤之外，其余全部被俘，被俘官兵被解放军集合在一起，俘虏们这才发现，腰插驳壳枪向他们交代俘虏政策的竟然是保安队十二中队队长。俘虏们彻底绝望了，一起混饭这么长时间，竟然不知道队长原来是潜伏的共产党。
东兵团九纵的攻击目标是城东的防御高地茂岭山和砚池山。茂岭山是济南防御体系中重要的外围阵地，就在这里受到攻击前的几个小时，王耀武还到这里检查了工事。茂岭山守军是整编七十三师十五旅，王耀武上山的时候，十五旅官兵正在用门板构筑类似屏风一样的障碍物。王耀武一见就火了：“做这个有什么用？茂岭山、砚池山是济南城东的屏障，关系济南存亡，将来失掉，我要杀人！”官兵强调现在已很难征到修筑工事所需的材料，王耀武一面指示赶快把材料运上来，一面指示把不合格的碉堡炸掉重修。官兵正在炸碉堡的时候，东兵团的攻击开始了。九纵二十五师七十四团的三个连同时发动冲击，四连八班首先攻占一座碉堡，一排在东北角爆破成功，二排在连续攻击后全排只剩下九人，但最终还是将守军压缩到了茂岭山阵地的西南角。两个小时后，七十四团占领茂岭山主阵地，并且迅速扫清山腰残敌。此战，七十四团伤亡巨大，战斗中人员连续合并五次，最后全团只能编成三个排。与此同时，二十五师七十五团在付出重大伤亡后，攻占了砚池山阵地，阵地上还活着的六十名守军投降。
茂岭山和砚池山相继陷落，令本来以为这两个高地至少能够守上十天半个月的王耀武顿感意外，他有了一种不祥的预感：“解放军以火力封锁守军堡垒的射击口，奋不顾身、一波又一波地向前猛冲，并向堡垒里投掷爆破筒，堡垒很多处被炮火及爆破筒炸坏。整编七十三师也集中炮火向来攻的解放军猛烈还击，掩护防守茂岭山、砚池山的部队反击，双方争夺甚烈。此时解放军又增加部队冲上来，并以猛烈炮火阻止守军增援，守军伤亡颇众。被视为济南屏障的茂岭山、砚池山，经一夜的血战，被解放军占领了。有的官兵被炮火及炸药的爆炸震晕过去，醒来后方知阵地已被占领，他们已经做了俘虏。在茂岭山后面的十五旅的一个营，未与解放军激战，即由该营营长朱国华带着向后撤退。七十三师师长曹振铎派人拦住，并向我报告要求加以惩办。我为了镇压部队溃退，就命令按‘连坐法’把朱国华枪决了。”——这个名叫朱国华的营长被押到洛口以南凤凰山附近的一座小石桥边，被执法队一枪打死了。无法得知这位营长还没看见共产党军队就向后跑的真正原因，他也没有机会为自己申辩了。
东面两个重要高地的丢失，给王耀武造成很大的压力，他认为自己原来判断华东野战军从西面主攻是错误的，于是将已经部署在西面的十九旅和五十七旅调了回来，同时命令整编七十三师预备队和十九旅一起向茂岭山和砚池山反击。但是，反击未成，伤亡巨大：四十八团团长李朴阵亡，二三〇团团长周羽重伤——“好好的队伍，从东到西，又从西到东，只晃了这么几下，就晃完了。”被俘的国民党军军官埋怨王耀武只知道把预备队来回调动。而王耀武不知道，正是他将西面的预备队调往东面，从而使得华东野战军预定的主攻方向上兵力薄弱，这对日后的作战起到了特殊的作用。
十七日，王耀武接到蒋介石的电报，蒋介石告诉他：“共军有以优势兵力在我援军尚未到来以前攻下济南，再集中力量向我北上援军反击的企图，望我官兵报定与济南共存亡的决心，必能将敌击溃。已令刘总司令、杜副总司令督促援军向济南迅速前进。”但是，就在王耀武接到蒋介石电报的时候，他在《中央日报》上看见了这样一条消息：“济南外围已有接触。战云笼罩下之秋季会战显有在津浦路中段进行之迹象。”——王耀武明白了，这绝对是刘峙搞的鬼，此刻强调徐州防卫，目的就是不增援济南。果然，王耀武给刘峙打电话，刘总司令根本就没有增援济南的任何打算。
十八日，战斗集中在西面的飞机场和东面的马家庄。
凌晨二时，在济南以西防御的整编第二师二一一旅旅长马培基让卫兵弄来了月饼，他对独立大队大队长瞿赓扬说：“老弟，我们过个节吧。”瞿队长明显感到了马旅长悲凉的心境，言外之意是说不定什么时候就被打死了。吃完月饼，瞿队长率领两个连发动反击，这两个连的骨干全是“中美训练班”出来的学生，作战凶猛，果然把当面的一支攻击部队压了下去。但是，攻城西兵团拿下机场的决心已定。此时，从徐州来的整编七十四师正在空运，当炮弹落到跑道上的时候，满载后续部队的运输机根本没有降落，立即掉头飞走了。
已经被空运到济南机场的整编七十四师的七个连，由五十八旅一七二团团长刘炳昆率领。刘炳昆是王耀武的老部下，长期受到王耀武的关照，在此危急时刻见到王耀武他有些激动。尽管他带来的这七个连没有任何武器，因为刘峙连轻武器都没让他们携带，但是刘团长还是向王耀武要求战斗任务，并且要求把他派到作战最吃紧的地方去——刘炳昆的七个连到军械仓库领取枪支弹药后，被派往东面战斗最残酷的马家庄。
华东野战军攻城东兵团攻占茂岭山和砚池山后，立即向济南外围城垣发起攻击。王耀武命令守军在马家庄一线建立阻击阵地。东兵团攻击部队集中炮火掩护步兵反复冲锋，一度占领了马家庄的一半阵地。王耀武命令十九旅上来增援。东兵团的官兵利用房屋作掩护阻击十九旅，十九旅则在房屋墙壁上打洞强行推进，致使马家庄一线每房必争，双方都付出了很大的伤亡。十九旅旅长赵尧亲手枪毙了十几个溃兵，但依旧不能阻止士兵怯战。战至午后，赵尧负伤，十九旅“死尸累累，伤兵后运，络绎不绝”。
就在战斗胶着的紧急时刻，王耀武听到了一个令他彻底绝望的消息：负责济南城西防御的整编第九十六军军长兼整编八十四师师长吴化文倒戈了。
吴化文，出生于山东掖县一个农民家庭。十七岁参加冯玉祥的西北军，中原大战时追随韩复榘后又投靠蒋介石。抗战时期，被汪伪政权任命为第三方面军上将总司令。抗战胜利后，他奉蒋介石的命令开赴兖州，担任兖州周边铁路掩护和维修任务，以保障国民党中央军李延年部北进受降。一九四七年五月，出任整编八十四师师长。潍县战役中，整编第九十六军军长陈金城被俘，王耀武为了拉拢吴化文死守济南，保荐他升任整编第九十六军军长兼整编八十四师师长，指挥相当于八个旅的兵力，负责济南城西守备。吴化文是国民党地方军出身，一直与黄埔系貌合神离，加上他从军打仗只为自己的实力，因此随着历史的沉浮不断地改换门庭。内战爆发后，他认为蒋介石军事力量强大，又有美国人的援助，因此对蒋介石抱有幻想，但同时也时时提防着自己被吞并。随着共产党领导的军队节节胜利，特别是整编八十四师的一个主力旅在大汶口被围歼，他在恐惧中开始重新考虑自己的前途。吴化文倒戈经过十分复杂，他对于共产党从来没有真正信任过，他当过伪军的历史更是他心中不可化解的疙瘩。共产党人对他的策反几乎动用了他身边所有的人，包括他的夫人。在围攻济南已成定局的情况下，共产党方面在加大军事打击力度的同时，也加大了对他的政治争取工作。共产党人提出上、中、下三策供吴化文选择：一是单独起义，解放济南；二是里应外合，配合解放军解放济南；三是顽抗到底。共产党人正告吴化文：解放军一定要解放济南，一定能够解放济南。为自身着想，他必须早日有所行动，如果不能扣住王耀武，让出路来也算立功。
十九日晚，吴化文率整编第九十六军军部和整编八十四师师部以及一五五旅、一六一旅、独立旅等部约两万人宣布起义，并将济南机场和周围防区移交给了宋时轮、刘培善指挥的攻城西兵团部队。吴化文在起义通电中说：
……自倭寇入侵，全国燃起抗日烽火，化文等于抗战初期，奋起御侮，并无二致。嗣受蒋贼曲线救国政策所愚弄，丧失民族立场，铸成大错。抗战胜利以后，人民巨创深痛，乃复昧于大义，重受蒋贼欺蒙，参加反共、反人民内战，一错再错，罪孽弥深，清夜扪心，渐悔交迫。爰于九月十九日率全体官兵，在济南战场，毅然起义，图能力赎前失，走向光明大道。今后誓当站在人民立场，坚决拥护中国共产党主张，服从中共中央毛主席、朱总司令与华东诸军政首长领导，在人民解放军的统一号令下，为坚决驱逐美帝国主义的侵略势力，为彻底打倒国民党反动统治，完全解放全中国人民而忠诚奋斗，凡人民解放军宣言所载之各项基本政策，诸如打倒蒋介石独裁统治，成立民主联合政府，惩办内战罪犯，肃清贪官污吏，没收官僚资本，发展民族工商业，废除蒋介石统治之独裁制度，实行人民民主制度……皆系中国人民之迫切要求与救国救民之最好途径，化文等必当奉为圭臬，引为准绳，鞠躬尽瘁，永矢不渝……
吴化文的战场倒戈，对济南守军产生了巨大影响，特别是对于王耀武。王耀武平时对吴化文没有丝毫警惕。杜聿明来济南视察城防时，曾提醒王耀武要警惕吴化文的反复无常，王耀武却表示吴化文不会有什么问题。九月十七日那天，王耀武视察茂岭山阵地后约见吴化文，发现吴化文的表情有点慌张。吴化文走了之后，王耀武还对身边的人说，吴军长被共军吓糊涂了。从那时起，王耀武打电话总是找不到吴化文，接电话的人说他去部队了，其实他正在准备起义。
十九日晚，整编八十四师一五五旅的一个团长跑到王耀武那里，惊慌地报告了吴化文倒戈的消息。王耀武大惊失色，立即派特务团、装甲汽车连加强司令部的警卫，同时分别给蒋介石和刘峙打电报报告情况：“吴化文部投共，济南腹背受敌，情况恶化，可否一举向北突围？”王耀武连夜拟定了坚守和突围两种方案。由于觉得突围不可能得到蒋介石的批准，于是仍然决定固守待援。而实际上，他已经决定出逃。第二绥靖区副司令官牟中珩回忆道：
王耀武用急电将吴化文起义情况报告蒋介石，并立即召集副司令官牟中珩、参谋长罗幸理到其室内，惊慌失措地说：“吴化文投敌啦！济南大势已去，我要到第一线的开元寺去，今后的战局由罗参谋长负全责指挥。”当时罗幸理看了我一眼说：“可由副司令官负全责。”王耀武说：“不行！副司令官与吴化文意见很深，留在此地恐怕吃他的亏，也要离开。”罗已知王耀武要逃走，乃对王说：“那好吧！我本想与济南阵地共存亡，这样我也不准备牺牲啦，我准备被俘。请司令官到了后方时，对我妻子的生活关照一下。”王又指示罗：“一般文件即行烧毁，只带重要文件，速将绥靖区司令部移往城内省政府去，将原来重点坚守商埠的计划，改为坚守济南城。”随后，王耀武又找来国民党山东省党部主任委员庞镜塘、第四兵站总监部副总监郑希冉［带一小包黄金］以及副官、卫士数人，策划一起逃走。王、牟、庞、郑等人首先到了四里山二一三旅旅部。王耀武给前方两个旅长打了电话，令其坚守阵地。然后伙同泰安县长及便衣队十数人［王耀武是泰安县人］，加上庞镜塘、郑希冉等一起向南逃窜。我见王耀武向南逃走，心想我是黄县人，应往东走，将来可以回家或到青岛去，于是决定不与王耀武同行，便由四里山回到司令部，与罗幸理见了一面。当时罗幸理正忙着往城内搬家，对我说：“那好吧！咱们自便吧！”我离开司令部后，便沿着黄河南岸东行，逃至高密县境内，就被当地解放军查获了。王耀武、庞镜塘、郑希冉等人向南逃窜，因城南系山区，解放军兵力布置得较密集，他们又转回洛口企图北逃，选了几条路，均未走通。整整窜了一夜，就是钻不出去，天明时只得又回到城内。
九月二十日，济南外围防御据点已被全部扫清。
华东野战军准备攻城了。
在《华东野战军秋季会战战勤计划》里有这样的内容：预计南北线伤亡五万人，其中阵亡的约占百分之二十，共一万人（北线四千人，南线五千人），每人包尸布五丈（一尺二寸阔土布），共需土布五万丈（北线两万丈，南线三万丈）。另需准备百分之十的干部棺材，共一千口（北线四百口，南线六百口）——毛泽东说：“此次攻济是一次严重作战”。
的确，血战即将开始。