王耀武手裡有9個旅和5個保安旅及特總部隊共有兵力10萬餘人，另外蔣介石還在徐州一線集結了3個兵團，約17萬人，隨時準備北援。他的防守體系，以城內為核心，以外城商埠為基礎，以中宮、固山齊河等為外圍據點組成了五道防線。縱深約10公裡，總面積600多平方公裡的永久性防禦陣地。
1948年9月16日晚，攻克濟南戰鬥打響了。
解放軍東線、西線兵團緊密配合，同時攻擊，像兩把巨大的鐵鉗，把濟南之敵緊緊的夾住了。
敵西守備區首腦，第96軍軍長吳化文，見敗局以定，於19日晚率領所部3個旅約2萬人舉行戰場起義，撤出戰鬥。解放軍乘虛而入完全控制了機場，直逼商埠城下。
20日，許世友決定將兵團預備隊第十三縱隊投入西線集團作戰。21日中午，十三縱隊與西線兵團已經抵近濟南外城。突破商埠。
9月22日下午，許世友說：“為了不讓城裡敵人獲得喘氣的機會，我認為，不等商埠之敵完全肅清，今晚就要以東、西線集團鉗形合擊，會攻外城。”
外城是王耀武的第二道基本防線。這是一座古城牆它是由巨大的石塊和方磚砌成，高7—8米，厚8—9米，分設三層火力，城外挖有壕溝，寬5—7米，深三四米。
黃昏時分，攻城炮兵集中火力，抵近射擊，敵城防工事應聲倒塌。突擊部隊乘勢殺人外城。經過一天一夜的戰鬥，外城守敵大部被殲。各路突擊隊直逼內城。
攻擊內城的命令下達之後，十多萬攻城部隊加速了進攻節奏。但是，進攻內城卻嚴重受阻。各縱隊停止了進攻。
許世友說：“我覺得，在這個節骨眼上，攻城的決心不可動搖！從戰場在形勢看，敵人的四道防線盡失，被我軍團團圍困在內城，慌亂不堪，敗局已定。我軍不少團營建制尚屬完整，仍有一定的戰鬥力。如果我們撤下來休整，外圍陣地就會得而複失，前功盡棄。還要估計到，王耀武很可能趁此來個反沖鋒，使我們欲攻不克，欲撤不能，大大增加部隊的傷亡。在這種情況下只能攻，不能撤！同時，從戰役全域性著眼，贏得了時間就贏得了勝利。來電和粟裕司令員剛才來電都指出，徐州方面援敵已在行動。所以我們必須速克濟南。爭取的時間越多，我們就越主動。這樣，既能徹底打掉徐州之敵北援的企圖，又能早日為我軍南下作戰開闢通路。”
譚震林：“完全同意老徐的分析，－－－－－－不要忘記，我們的戰士會在我們想不到的環境裡創造出人間奇跡。”
命令如山倒，各部隊接到命令後，進行深入有力的動員，及時研究經驗教訓，加強了步炮協同，整頓戰鬥組織，廣大指戰員紛紛表示不打下內城絕不停止戰鬥。
9月24日淩晨1時30分，東、西兵團向內城發起攻擊。
2時25分，東集團九縱25師73團率先突破內城城垣，把山東人民增送的“攻進濟南府，活捉王耀武”的紅旗，插上內城的城頭。
9月24日，濟南解放。王耀武化妝潛逃，仍被活捉。
濟南戰役經過八晝夜的激戰，全殲國民黨一個綏靖區司令部，一個省保安司令部，一個整編軍軍部，兩個師師部，10個旅1各團，以及4個保安旅，1個總隊，共斃傷浮國民黨軍8、4萬人，起義2萬餘人，浮王耀武等高階將領23人。
述評：濟南戰役的勝利，使華北、華東兩大解放區完全連成一片，解放區後方更加鞏固，增強瞭解放區支援革命戰爭的力量，鼓舞了人民戰爭勝利的信心。濟南的解放，創造了人民解放軍攻堅解放大城市的新紀錄，是對蔣介石重點防禦的突破，證明人民解放軍的強大進攻能力，已經是國民黨軍隊無法抵禦的了，任何一個國民黨城市都無法抵禦人民解放軍的攻擊了。
濟南戰役的勝利，為大兵團作戰攻城打援提供了寶貴的經驗。尤其是指揮員的決心，在關鍵的時刻，不能動搖，許世友的正確分析形勢，堅定了繼續攻城意志，一鼓作氣攻下了濟南，是值得學習的。
濟南戰役，是毛主席和把秋季攻勢引向戰略決戰的起點，周恩來後來說：“三大戰役的序幕是濟南戰役。”
