三山店、交界墩的我阻击部队伤亡殆尽，被敌人强占。下午四时，界牌又被敌人占领。随后，天马山、覆浮山、蛤蟆崮全线告急，敌人已攻上天马山的山腰，接着部队与指挥所失去联系。。
我手里已没有预备队，别的部队也赶调不及，怎么办？正在这时，第一师廖政国同志来了电话：已将敌人击退，天马山阵地稳定。他说，正在天马山危急之时，正有一支部队在山沟里向东急进，这是我第四纵队第二十八团的一个营。廖政国同志立即对该营营长说：“我是一师师长，命令你们立即赶援天马山。”那营长说：“我营奉令跑步赶去攻击孟良崮，任务紧急。”廖政国同志向烟火弥漫的天马山一指说：“天马山阵地的得失，关系重大。如果敌人打通联系，全局皆输。我手里只剩下七八个警卫员，只有使用所有到达这个地区的部队。”那营长考虑了一下说：“好，为了整体利益，我们执行你的命令。”这个营赶到天马山，和守军一起，终于将敌击退。这种情况也只有人民军队才能出现！孟良崮上鬼神嚎
这天晚上，已是十点多钟，陈老总与我通了电话。他说：“敌整九师、整十一师已靠近蒙阴，第五军已到新泰，整六十四师已到青驼寺。如在明天(十六日)拂晓前不能全歼整七十四师，则我军将陷入敌人包围。”陈老总在电话里沉默了半晌，然后又说：“叶飞啊，无论如何要在十六日拂晓前拿下孟良崮，消灭整七十四师，我们就全盘皆活了!”陈老总授权我统一指挥第一、四、六、九纵队总攻孟良崮。他果断地说：“不论付出多大代价，哪怕拼掉两个纵队，也要完成任务!”我承担了这个指挥任务。粟裕副司令员接过电话问我：“什么时候可以组织好总攻?”我回答：“需要两个钟头，下半夜一点可以实施总攻。我已规定了总攻信号，并同四纵、六纵已接通电话，但第九纵队同我电话还没联上，请总部通知它作好总攻准备。”
五月十六日一时，总攻开始，各纵队协同很好。二时，我第一师第一团，第二师第四、六团，独立师第一、三团与友邻第四纵队所部攻占五二O、五四O一线高地；第六团也配合出击，拂晓占领附近山头。
总攻开始以后，野战军首长几乎每隔五分钟就来一次电话。战斗空前激烈，情况变化多端，电话铃声也就不断响着。。
敌整七十四师不断告急，西面敌整六十五师、整二十五师在蒋介石严令下拼死支援。我纵阵地失而复得，反复争夺，终于挡住了他们的进攻。
五月十六日拂晓，前线各路大军密集，哈气成云，同心协力，直取孟良崮。强大炮火惊天动地，孟良崮像火山爆发。下午六时，敌整七十四师被我全歼，狂妄的中将师长张灵甫的尸体也抬下山头，山谷里响起一片欢呼声。可在这时，垛庄方向仍有一片枪声，真使我大惑不解，立即派人去第六纵队查询。第六纵队司令部的一位同志写了回条，颇幽默。他写道：“万枪齐鸣，山呼谷啸，并非敌骑进攻，而是我军战士胜利后略表狂欢之心情耳!”
敌整编七十四师被全歼后，进犯鲁中的敌人全线溃退，吓得四十余天不敢出战。蒋介石不怪自己无能，总是迁怒部下。战役结束后，敌整八十三师师长李天霞被押到南京“军法会审”，敌整二十五师师长黄百韬也被撤职留任”，“戴罪立功，以赎前愆”。