，但后卫仍扼守城北矿山。华野六纵十八师在山头店、毛之庄一线早已恭候，挡住去路，叫敌人到此“止步”，将袋口完全收拢。
到了中午十二点，敌人的先头部队仍进不了吐丝口镇，而敌人的后卫再也沉不住气了，自行仓皇撤离矿山和莱芜城，去追赶北撤的本队，最后也钻迸了“口袋”。
至此，东自芹村，西到高家洼，南自南白龙，北到周家高庄，东西只有六七里，南北不过十来里的狭长地区内，李仙洲集团四万多人陷入前进不能，后退不得的绝境。
蒋介石坐立不安，急不可耐。
他不断向王耀武查问莱芜战况，一再命令他的空军副总司令王叔铭“尽全力掩护李部北撤”。王叔铭调集了几十架战斗机和轰炸机到莱芜上空作战，他自己架机到战区空域指挥。
下午一点整，红、蓝、白三色信号弹划破长空。这是华野全线出击的号令！
顿时，大炮轰鸣，炮弹像长了眼睛似的向猬集的敌群飞去，一阵密集的炮击之后，华野指战员排山倒海般从东西两面发起大规模冲锋。战士们不顾敌机的疯狂扫射，穿烟跃火，勇往直前。一时间，枪炮声、飞机呼啸声、喊杀声、敌人惊叫声，混成一片。
敌军开始出现大混乱。西面的七十三军往东奔，东面的四十六军往西逃，南面的往北跑，北面的往南退，互相挤撞，互相践踏。伤兵无人理睬，轻伤的柱拐逃，重伤的地上爬，有的怒骂，有的哭叫。。
华东野战军从四面八方压缩、收拢这条狭长的“口袋”，敌人陷入更大混乱，几万人马，团团乱转。每落下一发炮弹，就死伤一大片，一个子弹甚至会伤几个人。远远近近，响起了“缴枪”、“饶命”的喊叫声。
下午五点钟，战斗全部结束。李仙洲被生俘。王耀武得悉李仙洲集团全军覆没，当晚即令胶济路两段各部窜回济南。华野乘胜解放了胶济路两段十几座城镇，控制铁路二百余公里。
莱芜战役，华东野战军以临沂一座空城和几千人伤亡的代价，用短短三昼夜，歼灭敌一个绥靖区指挥所、两个军部、七个师、共毙伤俘敌五万六千余人。
这一胜利，粉碎了敌人“鲁南会战”的计划，严重打击了敌军的嚣张气焰，进一步加深了敌人内部的矛盾和混乱，徐州馁署主任薛岳被撤职，王耀武哀呼“莱芜战役损失惨重，百年教训，刻骨铭心”，敌高级将领互相埋怨。
而华野则俘获了大量人员、装备，并使我渤海、鲁中、胶东三大战略区连成一片。
后来，陈毅接见新华社记者时说：“我华东野战军最近在宿北、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纪录，空前之后又来一个空前，接着还有一个空前。”并说：“我军副司令粟裕将军的战役指挥一贯保持其常胜纪录，兵愈出愈奇，仗愈打愈妙。”