在將華東共軍主力驅逐至山東後，薛岳隨後調集重兵對蘇北地區展開清鄉圍剿。為打破薛岳的圍剿計畫，粟裕於1947年1月發起魯南嶧棗戰役，戰至1月21日，第26軍（附第一快速縱隊）於嶧縣覆沒，第51軍于棗莊覆沒。兩軍軍長馬勵武、周毓英被俘；26軍44師師長蔣志仁陣亡。

嶧棗戰役將國軍將領的無能、腐朽、無知暴露無疑：

1、馬勵武在12月25日向薛嶽報告，在其部周邊發現共軍主力，要求全軍撤回嶧縣；薛岳則判斷華東共軍主力仍在蘇北，而拒絕馬勵武的請求；

2、共軍間諜冒充嶧縣紳商，邀請馬勵武至嶧縣共慶元旦，馬勵武竟然未上報徐州綏署批准，便擅自離開部隊返回嶧縣“歌舞昇平”去了；導致共軍發起總攻時，26軍群龍無首一片混亂；

3、上到薛岳，下至馬勵武，國軍將領對現代戰爭知識、對步坦協同作戰，知之甚少；對大雨、暴雪、地形、地貌會對坦克、重炮部隊造成何等影響，一無所知，令裝備精良的第一快速縱隊覆沒於暴雪泥濘之中。粟裕則以此戰繳獲的28輛坦克、48門105榴彈炮及汽車400余輛成立了華野特種兵縱隊。

1947年1月8日，馬歇爾離開中國，返美就任國務卿職務；1月29日，美國政府宣佈退出國共美三方調停和談。

第26、51、99軍及第一快速縱隊的先後覆沒，令蔣介石對薛岳大為失望，命陳誠赴徐州督戰。為挽回顏面，陳誠與薛岳放棄了對蘇北的清剿，調集重兵投入了對山東的進攻。

陳誠的計畫是由參謀次長劉斐制定的。

劉斐的部署是令歐震率領第7、18、25、59、64、65、74、100等八個軍由隴海路兵分三路北上，進攻中共山東省首府臨沂；由王敬久指揮第5、72、75、85等四個軍進駐魯西南，割裂劉鄧共軍與陳粟共軍之間的聯繫；由李仙洲指揮第12、46、73等三個軍自淄博南下，以第8軍為預備隊，進攻萊蕪、新泰，與北上的歐震集團南北對進。

就在陳誠準備大展宏圖之際，張靈甫卻在給胡璉和方先覺的信中表示：“匪軍無論戰略、戰役、戰鬥，皆優於國軍，再過年餘，死無葬身之地。”

完全出乎國軍意料，對國軍戰略瞭若指掌的中共，選擇放棄了其山東首府臨沂，僅留少數部隊牽制歐震兵團，主力迅速隱蔽北上，企圖圍殲李仙洲兵團。

2月15日，李天霞100軍佔領臨沂。就在南京、徐州彈冠相慶之際，濟南的王耀武卻焦慮異常，他命令空軍仔細搜索偵查共軍主力蹤跡。當晚，王耀武得到空軍報告在臨沂以北尼山、沂蒙山地區發現大批共軍向北急進；王耀武立即向薛嶽請求批准已進抵萊蕪、新泰的李仙洲兵團北撤。

抗戰期間，王耀武長期是第九戰區司令長官薛岳的部下，深受薛岳器重。此次王耀武的報告，得到了薛的支持；然而，陳誠卻堅持令李仙洲兵團堅守萊蕪、新泰，將南北夾擊戰略貫徹到底。

王耀武無奈，只得令李仙洲服從命令，但王耀武亦令霍守義第12軍退駐淄博，以求接應李兵團後退。

2月19日，此前在嶧棗戰役被俘的數名國軍官兵逃至萊蕪，向李仙洲報告“數十萬共軍正向萊蕪四面撲來。”。王耀武立即命令在新泰的韓練成第46軍撤回萊蕪，令李仙洲一待46軍歸建全軍立即北撤。

20日，尚未完成合圍的共軍，發現李兵團撤退意圖，遂提前對萊蕪展開進攻；22日下午，46軍抵達萊蕪。

然而，第46軍軍長韓練成卻不同意立即撤退，在韓的慫恿下，該軍各師長亦表示應堅守萊蕪，與共軍決戰。第46軍系桂系嫡系，背景特殊，白崇禧的外甥海競強即在該軍任188師師長。王耀武、李仙洲均不敢對桂系假以辭色，只能溫言緩頰。而深受白崇禧信任的韓練成，與劉斐一樣都是共產黨間諜。

一再僵持之後，王耀武、韓練成終於達成次日清晨6點突圍之“共識”。

23日晨6:00，第46軍、73軍集結完畢，只待李仙洲一聲令下；然而，李仙洲卻發現韓練成失蹤了。一直等到中午，仍不見韓軍長身影，李仙洲才下令撤退，直到此時，李仙洲仍覺得對不起韓軍長。

出城之後的李兵團迅即落入共軍的天羅地網，當晚便告覆沒，李仙洲及73軍軍長韓浚被俘；駐守淄博的霍守義第12軍在李彌第8軍掩護下，僥倖逃脫；惟46軍軍長韓練成不久出現在南京，據說是單槍匹馬，殺出重圍；蔣介石、白崇禧對此深信不疑，白崇禧仍然想要韓練成繼續擔任46軍軍長，只因第八綏靖區的桂系將領反對方作罷；此後，韓練成調任甘肅保安司令，被軍統查出其共黨身份，卻又被西北軍政長官張治中放走。

就在萊蕪戰役激戰之時，參謀總長陳誠榮升一級陸軍上將，東北行轅主任熊式輝、臺灣行政長官陳儀、川康綏靖公署主任兼四川省主席鄧錫侯榮升二級陸軍上將。

為策應華野的萊蕪戰役，華北共軍陳再道二縱於2月11日對駐守豫東民權的吳紹周85軍發動圍攻；待劉伯承令陳再道北撤時，該縱隊反被85軍死死拖住，陳再道二縱拼死突圍，在與第5、72、75軍激戰後，雖於23日突圍成功，但該縱隊遭受重創。算是整個萊蕪戰役期間，國軍唯一的勝利。

萊蕪戰役進行的同時，華野許世友九縱暨膠東軍區武裝趁駐守膠濟路的國軍第8、12、46、73等四個軍皆陷於萊蕪戰場，膠濟路兵力空虛之際，成功破襲膠濟線東段。至3月2日，濰坊以東，除青島以外全部被共軍佔領。

第一支被全殲的國軍美械軍、半美械軍均來自於萊蕪戰役: 第46軍（半美械）、第73軍（全美械）。

李仙洲同志則不幸成為國共內戰中第一個被俘的中央軍兵團司令。