2月5日未时，与陈毅、谭震林发出报中共中央军委、刘伯承、邓小平并饶漱石、张云逸、黎玉、张鼎丞、邓子恢电，分析南北两线敌军态势，认为南北两线敌军九十余团之众，且各路齐头并进、紧紧靠拢，不易各个消灭，提出三个可供选择的作战方案，而倾向于第三方案：“如南线敌仍不北进，或北进时不便消灭，则除以一个纵队留临沂地区与敌纠缠外，其余主力急行北上，彻底解决北线敌人，平毁胶济线，威胁济南，以吸引南线敌人进至临沂以北山地，或增援胶济线，而后我再举全力反攻，各个歼灭之。如执行此第三方案，至少可以彻底解决北线敌人，利于我今后全力向南。如临沂敌人继续北进，更便于对敌歼灭”。
中共中央军委于2月6日复电：“完全同意微未电第三方案，这可使我完全立于主动地位，使蒋介石完全陷于被动”。同时指示：南线部队“对外装作打南面模样”；“为使王耀武放手南进，我渤海区应停止攻击”。“总之，先打弱敌，后打强敌，力争主动，避免被动”。
2月6日酉时，与陈毅、谭震林发出致中共中央军委、刘伯承、邓小平、张云逸、饶漱石、黎玉电：决心诱敌深入，再选机会予以歼击，已作于必要时放弃临沂准备。正面只留两个旅与之纠缠，大部争取休整。
同日中共中央军委致陈毅、饶漱石、张云逸、黎玉、粟裕、谭震林电，指示：“你们应在临沂建筑必要防御工事，以便在有利情况下，在临沂附近歼灭敌人。这样做对于在必要时准备放弃临沂并不矛盾。”
2月7日中共中央通报：鲁南会战敌军兵力、战略计划、部署和特点。敌军进攻部署：“开展初期，由郯城北上部队以攻临沂为重心，共军以大军保卫临沂，国军则以优势兵力围歼。同时，临沂西共军亦必增援，乘此机会，国军重兵直返临城，把战争重心转至津浦与济南外围（十二军为主），南北对进，打通津浦，切断共军西退之路。另为防止刘伯承部南下向东增援，在宿县地区结集重兵”。
同日中共中央军委致陈毅、粟裕、谭震林电，询问：“除十二军占莱芜已证实外，七十三军、整四十六师是否正向新泰前进？你们由现地开至莱芜、新泰作战需要几天，并是否能隐蔽不暴露？又你们能否同时歼灭莱芜、新泰两地之敌，或先打莱芜，后打新泰，不使十二军跑掉？”
2月8日第二纵队报告：已歼郝鹏举部两个师，并生擒郝鹏举。
2月9日中共中央军委致陈毅、粟裕、谭震林并告饶漱石、刘伯承、邓小平电，指示：“解决郝鹏举部很好。但就全部战略方针来说，如你们方针是解决南面，则似乎打得早了一点，可能影响敌各部进得更谨慎。打了郝鹏举后你们似应按兵不动（要有极大忍耐心），让敌各部放手北进，然后各个歼灭之。如你们方针是先解决北面，则打郝鹏举并无妨碍。你们须在两个方针之间有所选择。”2月10日又电：庆祝歼灭郝鹏举部及俘郝鹏举的胜利。
同日中共中央军委致陈毅、粟裕、谭震林并告东纵电：“你们对东纵的处置是适当的”。
2月10日在临沂以北徐家庄召开纵队以上高级干部会议，讨论作战方案，决定首先歼灭李仙洲集团，然后肃清胶济线王耀武部，再全力南下歼灭南线之敌。当天发出行军命令，指令第一、第四、第六、第七、第八、第九纵队全部和第十纵队一部执行此一任务，向莱芜战场集结地域开进。同时决定由陈士榘指挥第二、第三两纵队，伪装华野全军，在临沂以南阻击和钳制敌人；布置地方武装进逼兖州，并在运河上架桥，造成我军西渡黄河的假象。
2月11日辰时，陈毅、谭震林发出致中共中央军委并刘伯承、邓小平电，报告：决心集中53个团，“首先集中全力解决七十三军及驻南北师庄的十二军之一个师，尔后再转移兵力解决进占新泰之四十六师，及向胶济线进攻，以彻底解决北线问题”。1个月至40天后，可南下打南线之敌。同日，陈毅、谭震林致中共中央军委电，提出：我军北上拟先歼七十三军、十二军等部，争取尽量消灭其援队。尔后全军扫荡胶济线，吸引八军，予以歼击。
同日晚，华东野战军指挥部开始向莱芜战场转移，于2月14日到达蒙阴坦埠西北的井王庄。
2月13日与陈毅一起召见鲁中军区第二分区司令员封振武，要他率领三个团部队，采取“增灶示强”办法，监视新泰敌人动态，阻击敌第四十六师，使其不能迅速占领蒙阴，以保证我主力部队向莱芜战场开进。
2月15日发出《华东野战军预备命令》，“决定集中全力首先歼灭进犯我鲁中新泰、莱芜之敌，乘胜扫除胶济路之敌，达到彻底解决北线之敌”。
同日华东野战军主动放弃临沂。国民党军占领一座空城，却捏造“歼灭共军十六个旅”的战绩，吹嘘“鲁南决战空前大胜”。
2月16日国民党军第二绥靖区司令官王耀武，得知南线蒋军未经激烈战斗即占领临沂，华东野战军部队向北运动，判断华东野战军可能改变作战方向，有北上围歼李仙洲集团企图，于是下令李仙洲全线后撤，并电请陈诚“准于机动作战”。蒋介石和陈诚坚持认为“共军主力已被击溃，有过黄河避战企图”，“已败之师，无足顾虑”，于2月17日严令王耀武“恢复先前态势”，实行南北夹击，歼灭华东野战军主力于沂蒙山区。王耀武奉命指令整编第四十六师重占新泰，第七十三军军部率一个师折返颜庄。
同日华东野战军有的纵队指挥员得知北线之敌突然撤退，担心抓不住敌人，建议提前出击。陈毅、粟裕认为，北线敌军态势没有发生根本变化，我军作战企图并未完全暴露，主力部队尚未全部到达预定集结位置，仓促发起战役，无取胜把握，且可能将敌人赶跑。因而坚持既定决心，督促各部加速隐蔽开进，尽快完成对李仙洲集团的包围。同日，与陈毅、谭震林发出致各师各纵队首长电，重申2月15日电作战部署，决定于2月19日晚12时前发起战斗。同日，又与陈毅、谭震林发出致中共中央军委、华东局、刘伯承、邓小平电，报告：敌人尚未完全发现我军北移，故仍坚持原定作战部署。2月17日晚上，召开纵队以上指挥员会议，分析敌我态势，统一作战思想。
2月17日中共中央军委电示陈毅、粟裕、谭震林：“望将韦国清纵队及八师位于临沂、新泰之间，阻止四十六师向临沂逃走”。2月22日又电示：“为彻底解决北面三个军二十三个团之众，我韦国清纵队及八师似宜北上参战”。
2月18日与陈毅、谭震林发出《华东野战军作战命令》：“决定仍本既定方针，集全力首歼北线之敌，尔后或乘胜扩张战果或南下聚歼由临沂南援之敌，则视当时情况决定。此战役之第一步计划求得全歼七十三军及顽李仙洲部，第二步再解决伸进新泰之顽四十六军之目的”，指令“各纵务于十九日晚运动距敌人三十里之地区隐蔽集结”，“二十日晚十时发起战斗”。
2月19日王耀武发现华东野战军主力在莱芜地区集结，有攻歼莱芜、新泰地区国民党军企图，再次下令已进至新泰、颜庄的第四十六师和第七十三军北撤，并令位于胶济线张店的第七十三军第七十七师南下增援。2月20日又令位于颜庄的第四十六师撤至莱芜，与第七十三军会合。
同日蒋介石在一次讲话中说：“现在关内的匪军约可分为五部，即贺龙部，聂荣臻部，陈赓部，刘伯承部，陈毅部。此五部中，就我的观察，以陈毅一部最为顽强，训练最精，诡计最多，肃清最为困难。”
2月20日根据敌情变化，调整作战部署，提前两小时发起攻击，首先歼灭经博山南下的第七十七师，尽快完成对李仙洲集团的战役合围，然后展开全面攻击。经三日激战，于2月23日胜利结束，歼灭国民党军一个绥靖区前进指挥所、2个军部、7个师共56万余人，生俘第二绥靖区副司令官李仙洲以下将领17人。
2月21日中共中央军委致聂荣臻、萧克、罗瑞卿电，指示：“今后行动应学习陈粟、刘邓、陈谢三区大踏步进退、完全主动作战的方针”。
2月22日与陈毅、谭震林发出致中共中央军委、刘伯承、邓小平、华东局、陈士榘电，报告莱芜战役进展情况，已全歼敌第七十七师，正围歼李仙洲集团和第四十六师。
2月23日中共中央军委致陈毅、粟裕、谭震林并告刘伯承、邓小平电，提出莱芜战役后华东野战军行动的两个方案，一是乘胜进攻胶济路，二是休整若干天，然后进攻胶济路。指出：“胶济战役是一个单独的重大的战役，必须有充分准备然后举行”。
同日18时，与陈毅、谭震林发出致中共中央军委并刘伯承、邓小平电，报告莱芜战役于本日结束，歼敌五万余人。待明晚情况全部明了后，即派两个纵队向博山及胶济线推进，首先破击铁道一段，其余部队争取三五日休整后再全力向北进击。中共中央军委于2月24日复电，指示：“李仙洲五万人被歼极为欣慰，全体将士应予嘉奖”；“同意陈粟谭意见，先以一部破坏铁道，主力休整五六天，然后举行胶济战役”。
同日华野司令部参谋日记：“莱口线歼敌五万人，消息传来，人心振奋。
晚饭后，军长（陈毅）夫妇在广场上开汽车，粟（裕）带着家小爬山打枪。张（元寿）参座和我们参谋处一群在广场上观看。真是象征着胜利后的轻松、自由、愉快。”
2月24日中共中央军委致各野战军、各中央局电，通报莱芜战役战绩。
同日中共中央军委致陈毅、粟裕、谭震林、刘伯承、邓小平电，指示刘邓“除以一部监视王敬久外，主力应集中于黄河以北巩固区域休整补充，待华东部队完成胶济任务后，准备相机会合两军歼灭欧、王”。
同日华东野战军指挥部由铁车转移到颜庄以北的东照临庄。华野司令部参谋日记：“诸巨头正集会商讨尔后行动问题”。
同日辰时，与陈毅、谭震林发出致中共中央军委电，报告拟集中60个团乘胜投入胶济线，求得与王耀武再作一次决战，基本解决胶济线问题。中共中央军委于2月25日午时复电：“完全同意你们意见”。同日又电示：胶济作战应分两个阶段。
2月25日中共中央军委致陈毅、粟裕、谭震林电：同意秘密放回韩练成。
韩练成当时任国民党军整编第四十六师师长，早在抗日战争时期就与中国共产党建立了联系。在莱芜战役中，由华东军区联络部门安排，离开指挥位置。战后表示，希望返回国民党军继续做隐蔽工作。1948年，脱离国民党军队，由香港到解放区。
2月26日延安总部军事发言人评论战局说：“华东人民解放军在鲁中莱芜地区一次歼灭国民党军七个师五万余人的空前大捷，已彻底粉碎国民党最高当局企图在山东会战中歼灭我军主力的计划，并使国民党军遭受空前未有的严重打击，因而必然引起对于国民党军是极严重的后果。发言人盛赞华东人民解放军全体将士及领导者陈毅、粟裕两将军。”
同日王耀武主动放弃博山、益都、淄川、周村、长山等城镇。华东野战军除以一部扫荡胶济路残敌外，其余部队集结胶济线张店、周村、明水以南地区休整。胶济线作战胜利结束，控制胶济铁路250公里，解放县城13座，使鲁中、渤海、胶东、滨海4个解放区连成一片。
2月27日与陈毅、谭震林发出致中共中央军委并刘伯承、邓小平、张云逸、饶漱石、黎玉电，报告王耀武自动放弃胶济线龙山至昌乐段，我以八、九两纵队继续向东扩张，一、二、四、六、七等五个纵队集结于张店、周村、明水以南地区休整。
同日国民党当局于今日和次日分别通知中共驻南京、上海、重庆办事处，限于3月5日以前撤离全部人员。中共中央负责人于3月2日发表评论，指出这一行动“表示蒋方已经决心最后破裂，放手大打下去，关死一切谈判之门”。
2月28日华东野战军指挥机关进驻淄川东南之大矿地，住在蒲松龄故乡蒲家庄。
同日中共中央致各大军区、各野战军电，通报陈诚在莱芜惨败后的新部署。
3月初国民党军统帅部被迫改“全面进攻”为“重点进攻”。在山东战场，集中24个整编师（军）60个旅（师）45万人的兵力，编成以关内“三大主力”整编第七十四师、第五军、整编第十一师为骨干的3个机动兵团，由陆军总司令顾祝同统一指挥，采取“密集靠拢，加强维系，稳打稳扎，逐步推进”的作战方针，企图迫使华东野战军在鲁中山区与其决战，或压迫华东野战军北渡黄河，以实现其占领整个山东解放区之目的。
3月2日国民党军集中34个旅（师）25万人兵力进攻陕甘宁解放区，企图占领中共中央所在地延安。
3月4日与陈毅、饶漱石、黎玉、张云逸、谭震林、陈士榘联名发出致中共中央军委并刘伯承、邓小平、张鼎丞、邓子恢电，报告部队休整计划和下一步作战方案，提出：以王建安、许世友两纵队及胶东、鲁中地方团队继续向潍县至青岛线进击；第一、第二、第四、第六、第七等五个纵队在淄博地区休整待机，争取有半个月时间休整。针对华东和冀鲁豫国民党军动向，提出两个作战方案：
第一，集中华东和冀鲁豫我军于津浦线之兖州、济南间与敌决战；第二，华东主力转移到山东南线歼敌，把敌军主力全部抛在北线。目前就几种方案作准备，尔后视发展情况再定。中共中央军委于3月5日复电指示：许、王部宜即休整补充。3月6日又电示：“你们主力五个纵队争取休整半月以上，甚为必要。至下一步行动，目前可从几个方案考虑，待敌情发展再行决定。但考虑行动应以便利歼敌为标准，不论什么地方，只要能大量歼敌，即是对于敌人之威胁与对于友军之配合，不必顾虑距离之远近。转入外线之时间现亦不必顾虑，因五师一部已渡河到达太岳，一部正在待机北渡，鄂西王树声一部已渡江去湘西，一部留原地。
因此，中央原令你们提早转入外线援助五师之计划，现可改变，大约本年全部时间均可用于内线作战。”3月10日再电指示：“三月份可全部作为休整时间，你们全军彻底休整一个月，以利尔后作战。”
3月7日华东野战军高级干部会议开始，传达讨论中共中央2月1日关于迎接中国革命新高潮的指示，总结八个月来的经验，布置休整期间的工作，3月12日结束。
3月8日在华东野战军前委扩大会议上作莱芜战役初步总结和今后作战任务的报告。他不用讲稿，讲了两个多小时。
3月10日陈毅对山东《大众日报》记者发表谈话，说“我华东野战军在最近宿北、鲁南、鲁中三次战役中，刚创造了一个空前大胜利，就被下一个更大的胜利打破了记录。空前之后又来一个空前，接着还有另一个空前。这证明了我军副司令粟裕将军的战役指导一贯保持其常胜记录，愈出愈奇，愈打愈妙”。
3月13日国民党军集中15个旅向延安进攻，与我保卫延安部队展开激战。经过六昼夜战斗，保卫延安部队歼敌5000人，主动放弃延安。3月18日，毛泽东率领中共中央机关撤离延安。3月19日，国民党军队占领延安。
