面对国民党军进攻势头渐失之状况，为了尽快以武力解决中共问题，速战速决，在全面进攻已取得相当进展的情况下，蒋介石决定集中兵力，改行重点进攻方案。他认为，中共在关内有三个重要根据地，即以延安为政治根据地，以沂蒙山区为军事根据地，以胶东为交通供应根据地。他强调：“最要注意的是分清主战场与支战场。我们在全国各剿匪区域中，应先划定匪军主力所在的区域为主战场，集中我们部队的力量，首先加以清剿，然后再及其余战场。同时在这个主战场中，又要先寻找匪军兵力最强大的纵队进攻，予以彻底的歼灭。”根据蒋介石的设想，国民党军的重点进攻目标为山东和陕北，前者是企图捕捉并消灭中共军事主力及摧毁其后方基地和补给通道，后者是企图一举摧毁中共首脑机关，使中共陷于群龙无首之境，从而便于国民党各个击破。在这两个战场中，蒋介石更注重山东战场，因为“照现在的战局来观察，匪军的主力集中在山东，同时山东地当冲要，交通便利，有海口运输，我们如能消灭山东境内匪的主力，则其他战场的匪部就容易肃清了。所以目前山东是匪我两军的主战场，而其他皆是支战场。在主战场决战的时期，其他支战场惟有忍痛一时，缩小防区，集中兵力，以期固守。”(《先总统蒋公思想言论总集》卷二十二，114、117页。) 国民党军重点进攻的基本计划是：
1.西北第一战区及徐州绥署同为本反击作战之主攻，分别于西安、徐州地区向北发起攻势。（1） 第一战区为西翼主攻，首先反击延安，摧毁中共党政军神经中枢，动摇其军心，瓦解其战志，削弱其对外声势；然后荡平陕北，东渡黄河，连系第二、第十二战区，续向北平亘石门之线进击，会合徐州绥署部队，协同郑州绥署，捕歼刘伯承部于晋、冀、豫、鲁边区地带。（2） 徐州绥署为东翼主攻，首先摧毁沂蒙山区陈毅根据地，消灭陈毅主力，控领山东，截断共军来自东北之外援；尔后再北渡黄河，除以主力继续进出天津及其以北地区外，另以一部左旋，于石门附近地区会合第一战区部队，协同郑州绥署，捕歼刘伯承部，肃清关内共军。
2.郑州绥署应与华东、西北战场切取连系，以有限攻势拘束刘伯承部，并准备于后期作战中协同友军，围歼共军于晋、冀、豫、鲁边区。
3.第十一战区（北平）确保冀境要点、要线，对当面聂荣臻部相机发起攻势，策应主攻作战。
4.第十二战区（归绥）及第二战区（太原）准备协同第一战区在晋、冀之作战。
5.东北保安司令部暂采战略持久，以待国军主力移师关外后，随同转移攻势，彻底歼灭共军，规复东北。（《国民革命军战役史第五部——戡乱》第3册，334—335页。至今为止，国民党方面并未发现所谓重点进攻的原始档案资料，据时任主管作战的国防部三厅厅长郭汝瑰的回忆，“蒋介石本人在战略上就根本还未着眼到重点进攻，更未想到钳形攻势。他进攻陕甘宁边区，初意也只是想压迫解放军东渡黄河进入山西，以便转用兵力，但兵力转用何处也并无定见。”“进攻山东，是他主观以为进攻延安后，就可抽调主力在山东寻求决战，是进攻延安后的临时决策而不是预定计划。”（《郭汝瑰回忆录》，243—244、420—421页）但无论如何，自1947年3月起，国民党统帅部在陕北和山东战场投入重兵发起进攻当为事实。）
根据其重点进攻规划，1947年3月之后，国民党军向中共根据地的进攻以山东和陕北为中心，其中尤以山东战场投入兵力最多，战斗规模最大。重点进攻开始后，参谋总长陈诚下令将原徐州、郑州两个绥署的绝大部分机动兵力共计24个军（师）45万人，集中使用于山东，山东成为当时国民党军各战区中兵力最为雄厚、精锐主力集中最多、实力最强的地区。这些部队被编组为3个攻击兵团，其中第1兵团司令汤恩伯指挥整编第74师等6个师，以临沂为基地，预备自南向北向鲁中山地推进；第2兵团司令王敬久指挥第5军及整编第70师等4个师，自宁阳、汶上东向攻击大汶口、泰安等地；第3兵团司令欧震指挥第7军及整编第11师等3个师，自曲阜、邹县东向攻击新泰、蒙阴地区。这三路兵力以集结在鲁中山地的中共部队为攻击目标，构成半月形攻击态势。第二绥靖区司令王耀武指挥第8军等5个军，第三绥靖区司令冯治安指挥整编第59师等2个师，徐兖绥靖区司令李玉堂指挥整编第20师，担任现地守备与牵制任务；整编第9师为总预备队。其基本目标是“迫匪于蒙山与沂山地区，与我决战，抑或迫匪放弃沂蒙山区老巢，向胶济路以北、东北地区退缩，以利我尔后之围剿”。 （《陆总徐州司令部鲁中会战经过概要》，见《中国现代政治史资料汇编》第4辑第17册；《国民革命军战役史第五部——戡乱》第3册，250页。）鉴于以往多次作战均因缺乏协同而被各个击破之教训，此次国民党军在军（师）之上编组兵团，强调统一指挥和行动；基本战法则改为加强纵深，密集靠拢，稳扎稳打，逐步推进，强调纵深配备与兵力密度，以免重蹈孤立推进而被歼灭之覆辙。
4月1日，国民党军各部开始进攻行动，首先打通了津浦路济南至兖州段和临沂兖州公路，为大兵团调动创造了条件；继由东进之欧震兵团于当月底先后攻占蒙阴、新泰，逼近集结于鲁中山地的华东野战军及其指挥中心。但国民党军各部此次行动均较为谨慎，大军麇集抱团，稳扎稳打，并不以一地之得失而轻易变更进攻计划，使华东野战军几次诱使对手犯错误的企图均未达成。尤其是担任正面主攻的汤恩伯兵团一直徘徊不前，一旦发现华东野战军对其稍有威胁，即调整部署，向后收缩，使华东野战军无法实现其一向拿手的分割围歼战法。中共中央军委因此指示华东野战军：“敌军密集不好打，忍耐待机，处置甚妥。只要有耐心，总有歼敌机会。”（逄先知：《毛泽东年谱（1893—1949）》下卷，187页，北京，人民出版社、中央文献出版社，1993。）华东野战军遂将主力部队集结待命，同时以假动作迷惑国民党军，等待并创造作战时机。果然，当国民党军得到华东野战军“损失甚重，刻已北窜”的情报后，5月3日，蒋介石亲飞徐州、济南，部署汤恩伯兵团自南向北攻击莒县、沂水、坦埠一线，欧震兵团和王敬久兵团自西向东推进，配合汤兵团行动，以围歼鲁中山地的中共部队为战役目标。在蒋介石亲临部署督促之下，国民党军各部于10日开始全面进攻。汤恩伯令所部6个师（军）并行，自临沂、蒙阴公路上的垛庄经孟良崮向北攻击前进，以华东野战军指挥中心坦埠为攻击中心目标，其中整编第74师处于中心位置，其左翼为整编第25、65师，右翼为整编第83、48师及第7军。由于各部进展略有快慢之别，战线渐成弧形，又由于整编第74师的行动最为迅速，处于此弧形战线之弧顶位置。整编第74师战斗力较强，抗战时期在江西德安、上高和湖南常德会战中都有较好表现。部队为全美械，装备有榴弹炮、山炮、战防炮及各式迫击炮，火力强大，机动性强，合成战力水准及官兵素质在国民党军中堪称一流。自全面内战开始后，整编第74师在苏北与中共部队多次交手中都占了便宜，尤其是涟水作战，使中共部队受到较大损失，因此志满而骄，师长张灵甫刚愎自用，自信于己部之强大战力，不待友邻各部协同，即指挥整编第74师于12日进至坦埠南，独立展开攻击，与友邻两翼均拉开了一段距离，犯下了孤立轻进的致命错误。
整编第74师的动向立即引起了中共华东野战军指挥员陈毅和粟裕的注意。陈毅和粟裕原准备以位于汤恩伯兵团右翼的桂系第7军为打击目标，但因整编第74师进展甚速，威胁甚大，而且态势突出，正处于华东野战军主力当面，便于将其从汤兵团各部中分割而歼之。虽然华东野战军此时正处于国民党军重兵环伺之中，整编第74师周边的友邻部队多达10余个师（军），距离也都不远，其本身战斗力又较强，一旦华东野战军对其攻击不能于短时间内获取战果，胶着后将处于被围境地，处境极其不利。但因为，一则国民党军发起此次攻势后始终未出现适宜之战机，整编第74师的冒进可谓稍纵即逝之机，不能放过；二则国民党军判断中共部队不敢在其大军云集之地进行决战，整编第74师也无被攻击的准备，此种轻敌心理正可利用，而且该师的重装备在山地地形下不能发挥应有的作用；三则华东野战军上下均有歼灭整编第74师以报仇雪恨之心，可用来激励部队士气，所谓“气可鼓而不可泄”，而整编第74师与其友邻部队有很多矛盾，当其被围后未必全力援救。因此，陈毅和粟裕经过周密考虑，定下了先打整编第74师的决心。他们根据主客观形势，改变了中共部队先打弱敌的传统战法，舍弱取强，以出其不意之势，攻对手于不备，造成强弱易势，充分体现了决心的坚定性和战术的灵活性。对于华东野战军的作战选择，中共中央军委于5月12日致电陈毅和粟裕，明示“究打何路最好，由你们当机决策，立付施行，我们不遥制”。（《毛泽东年谱（1893—1949）》下卷，190页。）战场形势正可谓瞬息万变，一切决定于战区指挥员的即时判断和行动，中共中央的指示表现了对下属战区军事指挥员的高度信任。此前鲁南会战和当下鲁中会战的事实均说明，战争的胜负成败往往决定于深思熟虑之后的即时决策和行动，而非仅仅决定于兵强械精。
5月13日，华东野战军各部以整编第74师为目标的作战行动全面展开。陈毅和粟裕集中了华东野战军全部主力部队，以2个纵队自侧翼割裂整编第74师与其他部队的联系，以1个纵队封闭其退路，以2个纵队担任正面进攻，同时以4个纵队阻击并牵制援军。国民党军统帅部此时尚未判明华东野战军的真实意图，蒋介石当日令进攻各部队同时行动，汤恩伯部进占莒县、沂水，欧震部进占南麻，王敬久部进占淄川、博山，以“达成包围歼灭淄博山地共匪之目的”。汤恩伯随即命令整编第74师尽速攻占坦埠。但战场情况完全不似国民党军统帅部之判断。14日，前出较远的整编第74师正面遭到华东野战军的攻击，并发现华东野战军部队正向其两侧运动，而其左右两翼友邻部队已在华东野战军打击下后撤，己部陷于孤立境地，师长张灵甫“乃确信解放军有积极企图，已成包围我师之态势，乃决心撤退”。此时，整编第74师的后方通路畅通，如果行动迅速，尚可脱离包围，但整编第74师的美械重装备在山地运动不便，耽误了后撤时间；更出乎张灵甫意料的是，部署在战场南面200余里之遥的华野六纵，在接到命令后昼夜兼程，2天时间里急行军200余里赶到战场，用他们的双脚跑过了整编第74师的汽车，于15日拂晓攻占垛庄。此地为整编第74师后撤必经之要点，被占后整编第74师退路已断，张灵甫没有当机立断下令突围，而是决定全师退踞孟良崮，固守待援。他认为孟良崮居高临下，四周大军云集，己部可以以逸待劳，等待援军，反击进攻。实战经过却证明，这是他犯的致命错误，因为退守山地之后，“各种火炮以俯角全失，效力降低，且阵地毫无遮蔽，全受共方火制。而山地概系岩石，匪方射击威力倍增，人马损害更大，尤以我军骡马及杂役兵夫，受敌炮击惊扰奔窜，引起部队混乱，致使掌握困难。”双方接战后，虽然张灵甫指挥所部顽强抵抗，“战斗空前激烈，官兵伤亡重大，骡马、非战斗人员多漫山遍野，通讯机构时断时续，已成混乱状态；且因石地无法构筑工事，伤亡特大。”经15日一天的战斗，整编第74师大部已失去抵抗能力。（中共山东省委、临沂地委党史资料征集委员会：《孟良崮战役》，251—253、421、432—433页，济南，山东人民出版社，1987。）