1947年5月，国民党军45万大军对山东解放区发起重点进攻，其中整编74师是蒋介石的“王牌中的王牌”——全美式装备、官兵经严格训练，师长张灵甫更是号称“常胜将军”，该师被称为“御林军”，是国民党军“五大主力”之首。

当时，国民党军采取“密集靠拢、齐头并进”战术，试图将华东野战军挤在鲁中山区围歼。华野兵力略处劣势，且装备远不如敌军，多数纵队刚经历连续作战，伤亡未及补充，战场态势十分被动。

5月11日起，整编74师脱离左右邻军，冒进至坦埠以南，形成突出部。粟裕在作战室连续三天三夜研判敌情，发现74师虽强，但孤军冒进、两翼暴露，且其所在的孟良崮是石头山，重装备难以展开、水源匮乏，正是“可斩之隙”。

他当即向陈毅建议：放弃原定打侧翼的计划，集中5个主力纵队围歼74师，4个纵队阻援——这是“中心开花”的险招：一旦阻援不力，华野主力将被外围30万敌军反包围。陈毅拍板：“粟裕同志的意见我完全同意，就是要在百万军中取上将首级！”

5月13日夜，华野9纵抢占坦埠，死死顶住74师正面进攻；1、8纵从两翼插入，切断74师与25、83师的联系；6纵昼夜奔袭120公里，抢占74师后方的垛庄，彻底封死其唯一退路。
张灵甫察觉被围，急令部队向孟良崮收缩，同时呼叫友邻救援。但华野阻援部队在天马山、马牧池等阵地浴血拼杀，哪怕伤亡过半也绝不后退——有的连队打到只剩十几人，仍用石头、刺刀与敌近战，硬是把国民党军的援军挡在包围圈外。

孟良崮是典型的石山，工事难修、水源断绝，74师的重炮因地形无法发挥威力，士兵只能靠随身携带的少量干粮和雨水解渴，士气迅速下滑。华野则在粟裕“分段切割、逐步歼灭”的命令下，从多个方向发起猛攻，与敌展开白刃战、坑道战。

15日，74师残部被压缩到孟良崮主峰及周边几个山头，张灵甫率指挥部躲进一个山洞，仍负隅顽抗。粟裕下令：“不惜一切代价，务必在16日拂晓前解决战斗！”

16日下午，华野发起总攻。战士们在炮火掩护下冲上主峰，与敌展开最后搏杀。当张灵甫的指挥部被攻破时，这位不可一世的“王牌师长”被当场击毙，整编74师3.2万余人全部被歼，无一漏网。

战役结束仅两小时，国民党援军才突破阻援阵地，但为时已晚。此役震惊全国：蒋介石的“御林军”覆灭，山东战场的主动权彻底转入华野手中，也开创了“在敌重兵集团中围歼王牌主力”的经典战例。

多年后，粟裕回忆：“孟良崮战役是我这辈子最紧张的一仗——三天三夜没合眼，直到听到张灵甫被击毙的消息，才靠在椅子上睡着了。”而他头颅中残留的三块弹片（战争中负伤所致），正是这位“常胜将军”一生征战的勋章。