1948年秋，解放战争步入战略决战新阶段。济南，这座处于两大解放区中间的城市，成为解放军首要攻克的目标。

当时，人民解放军已打垮蒋介石集团的全面防御和分区防御，进入战略决战时期。蒋介石被迫以大城市为依托实施重点防御，毛泽东思索着大城市攻坚战的突破口。华东野战军山东兵团经过作战，使济南处于重重包围之中，济南因其特殊的地理位置和战略意义被毛泽东锁定。济南西临运河、北濒黄河、南倚泰山，地势险要，胶济铁路与津浦铁路在此交汇，战略地位重要。抗战胜利后，蒋介石派兵进驻济南，将其变为军政堡垒，任命王耀武为诸多要职负责守备。

毛泽东锁定济南与山东战场形势变化紧密相关。华东野战军，尤其是山东兵团的指战员早就为攻打济南做准备。周村战役俘虏张翰伯，获取济南布防情报，地下党组织也提供了不少情报。潍县战役结束后，第9纵队司令员聂凤志进行攻打潍县的实兵实弹演练，假想敌为济南。兖州被攻克后，济南成为孤城，这促使毛泽东将攻打济南正式提上日程。

蒋介石虽不甘心，制定了27万人的济南会战计划，以王耀武10万重兵守城，徐州附近17万主力编成三个兵团，准备南北夹击。而毛泽东和中央军委确立了“攻济打援”的方针。

8月25 - 29日，华东野战军前委在曲阜召开作战会议，研究作战方案，经与中央军委电报往来，确定以攻占济南为唯一目的且求歼援敌的战役方案，将野战军分为攻城和打援两个集团，14万人攻城分东西两个兵团，以西兵团为主攻，18万人打援，攻城时间预定9月16日。9月2日，中央军委完全同意该方案。

大战将至，毛泽东等待许世友归队。兖州战役后许世友旧伤复发，得知被任命为济南战役攻城总指挥后，不顾腿伤返回前线。毛泽东点将许世友是因为山东兵团擅长攻坚作战，许世友归队后，毛泽东明确工程指挥由许世友负责，全军指挥由粟裕担负。同时，粟裕率领华东野战军指挥部来到大簸箕村指挥作战。

9月9日和13日，华东野战军攻城部队向济南隐蔽开进，15日夜间迫近济南。16日零时，济南战役打响。攻城部队在广阔战线上向国民党济南守军外围防御阵地猛攻。王耀武将10多万兵力分为东西两个守备区，构建了庞大防御体系，但解放军采用“牛刀子战术”，集中兵力火力直插要害。

茂岭山和雁池山是济南东大门，国民党守军认为能坚守半月，解放军却出其不意，围而不打王舍仁庄，几个小时就攻克两山。东线的快速突破让王耀武误判主攻方向，来回调动预备队，西兵团总指挥宋时伦趁机指挥部队突进并控制西郊机场。

9月19日晚，吴化文率2万余人阵前起义，这对济南战役胜利起了很大作用。王耀武惊慌失措，请求突围，蒋介石令其坚守。毛泽东和中央军委指示粟裕预作部署防敌突围并准备歼敌援兵。西兵团与国民党守军在商埠区争夺，期间第3纵队第8师师长王吉文和第13纵队第37师政委徐海山牺牲。

9月22日傍晚，攻城部队兵临外城城下并发起攻击，23日中午基本攻占外城。蒋介石督促援兵北上，但援军或行动迟缓或寸步未进。23日下午6时，攻城集团对内城发起总攻，选择内城东南角（现解放阁位置）为突破口，第9纵队第25师第73团强攻多次后于24日凌晨2时25分登上城头，西兵团第13纵队第109团也从西南角突破。黄昏时，济南战役胜利结束，全歼守军10万余人，王耀武逃跑途中落网。战后，第73团和第109团被授予“济南第一团”和“济南第二团”称号。

济南攻克后，山东多地国民党军弃城逃窜，华北和华东解放区连成一片，为南下歼灭徐州地区国民党军创造了有利条件。济南战役是解放军攻克国民党军重点设防大城市的开局，揭开了解放战争战略决战的序幕。