在得到垛莊被圍的報告後，張靈甫選擇了上孟良崮。對於此舉，鑒於張氏在中國大陸的赫赫盛名，研究者無數，發表的專著論文更是不計其數，有說張靈甫是寧願犧牲自己，吸引共軍主力，以便友軍一舉圍殲，完成國家統一大業；有說張靈甫是馬謖第二，是失街亭的翻版。

筆者以為，張靈甫對於孟良崮多石、無水，因而難以構築工事，不可能長期堅守的地形是一清二楚的，但當時他的選擇只有向南誓死奪回垛莊突圍，和上孟良崮兩條路。我們不是軍事家，更不身在其境，不可妄言；至少，孟良崮這個制高點由74軍控制，總比被共軍佔據要好，我想，張靈甫的當時反應差不多就是如此。

然而，74軍上孟良崮卻完全出乎粟裕的預料，他預計張靈甫只有經垛莊突圍一途，整個戰役部署也是圍繞此展開，而隨著74軍上孟良崮，原計劃在運動戰中圍殲74軍已不可能。而此時粟裕也無他途可尋，乃下令各部包圍孟良崮。

而蔣介石得知74軍上了孟良崮，又驚又喜。驚的是74軍上了絕地，喜的是自重點進攻山東三個多月以來，國軍一直在尋覓與共軍大兵團決戰的機會，此次孟良崮之戰，共軍華野全部主力雲集於此，而國軍最遠的第5軍距離孟良崮不超過100公里，最近的第25軍、第100軍與孟良崮相隔只有4-6公里，正常情況下，最少有8個軍兩天之內可趕到孟良崮戰場。

蔣介石將他的意圖下達後，湯恩伯、顧祝同先後電告張靈甫：

5月14日19時湯恩伯電文：“匪來犯我，實難得之殲匪良機。我鐘軍即由界湖附近向西，王、胡兩軍由常路經蒙陰向東，求匪夾擊。貴軍為全局之樞紐，務希激勵全體將士，堅強沈毅，固守孟良崮，並以一部佔領垛莊，協同友軍，予匪痛擊，以收預期之偉大戰績。”

21時顧祝同轉發蔣介石電文：“今已得知靈甫之七十四軍被圍孟良崮，甚驚又甚喜。其驚之因，是靈甫被困隨時都有危險發生；其喜之因，是靈甫給國軍尋找了一個殲共軍陳粟部于孟良崮的大好機會。現令七十四軍靈甫部堅守陣地，吸引共軍主力，再調十個軍之兵力，增援七十四軍，以圖裡應外合、中心開花，夾擊共軍，決戰一場，殲陳粟大部或一部之兵力，一舉改變華東戰局。總之，一切均仰仗諸位精誠團結，協同作戰，為黨國大業獻身出力，乃千秋之榮也。”

當時，接到命令增援孟良崮的國軍部隊計有：王淩雲第2軍、邱清泉第5軍、鐘紀第7軍、胡璉第18軍、楊幹才第20軍、黃百韜第25軍、張光瑋第48軍、黃國梁64軍、李振65軍、李天霞第100軍，共十個軍，加上包圍圈內的74軍，號稱中央軍五大主力中的三支（5、18、74軍，另外兩支新1軍、新6軍在東北），及新桂系兩大王牌（7、48軍）雲集於此，其餘各軍亦屬軍中健者。國軍若能眾志成城，奮勇向前，則孟良崮必將成為陳粟之墳墓。

粟裕見情勢嚴峻，將其指揮部由坦埠前進到艾山張林村（距孟良崮不到10里），14日深夜，共軍在向孟良崮傾瀉上萬發炮彈後，對74軍發起總攻。粟裕要求在5月15日中午12點前結束戰事，否則，華野大軍有被國軍合圍之危。

74軍傷亡之慘烈，毋需多言，他們半數以上是被炸裂的石頭砸死的；15日全日，74軍多次向共軍發起反擊，給予共軍重大殺傷，但畢竟眾寡懸殊，至當晚，孟良崮週邊陣地丟失殆盡。

在14日接到馳援孟良崮命令的各路國軍中，只有胡璉18軍日夜兼程南下，其餘各軍均向顧祝同彙報“遭遇共軍強勢進攻”，他們是真的遭遇了共軍強勢進攻，還是在杜撰粉飾，已成為永久的歷史謎團，即連共軍戰史亦表述不一。

此時的74軍，水糧俱無，彈藥匱乏，而國軍空軍飛行員因技術拙劣，兼之貪生怕死，因而不敢在山區低空飛行，他們在高空投擲的飲水、食物、彈藥，九成以上皆落入共軍陣地。