3月1日春寒料峭，陈毅接中央指示，登上一架专门来临沂接他的飞机，到达济南，在这里迎接了从北平来济南视察的“军事三人小组”张治中、周恩来、马歇尔。军调济南执行小组向三代表汇报山东各地国、共冲突的调处情况后，周恩来有凭有据地讲了国方将伪军加委使之摇身变为国军的问题，还揭露国方急于恢复交通实质是利用其运兵向解放区进攻的真相，态度严肃而又克制，发言有理有节。而陈毅在济南则与王耀武、何思源等国民党军政官员作了些个别接触。他与王耀武来去常常同乘一辆卧车，言谈之中，王耀武向陈毅称赞说，你们共产党有三大长处——善学习研究学问；与人民关系好；能作战。他并且表示国内战乱已多年，自己作为军人，也是愿和平不愿打的。陈毅听后心里自然明白，王耀武的话里有些真情，有些苦衷，但也有故作姿态之处。
当日下午，陈毅又随张、周、马歇尔3人飞抵徐州。在这里，主要是谈判苏北淮阴地区国共两方粟裕部与顾祝同部摩擦的问题。第二天上午与马歇尔的会谈，周恩来特介绍陈毅代表自己出面。面对这位声势煊赫的美国五星上将，陈毅身着新四军自制的棉布军装，神态从容自信，不卑不亢。他列举事实，申述理由，正式提出，有必要向新四军所在的苏中地区增派一个新的小组去实地考察，以制止当地国民党军队的挑衅进攻等问题。又坦率指出：此次在徐州举行的宴会中，共方代表人员的席位被有意压低了，陈毅对此种轻慢无礼的态度表示遗憾。
马歇尔听罢，同意考虑向苏中增派三人小组的事，又召进美方一位上校，询问昨日宴会的座席安排问题。上校答，是徐州国民党方面安排的。马歇尔倒也坦率，立即为此事向陈毅表示了歉意。顾祝同开始时是对共方代表极倨傲的，经陈毅这番堂堂正正的交涉，美国人又说了话，他态度上便也有些改变。
后来与陈毅谈话中，还表示赞同陈毅所说的“和平巨流不可阻挡”的观点。
在谈判斗争中，陈毅既善于做对方个人的争取工作，又总是清醒地正视对方的总的政策，既交了朋友，又坚持原则。
在这一停战阶段中，陈毅明确地认识到，是和是战，最终不是取决于共产党，而是取决于国民党。因此，陈毅一方面参与和指导华东地区停战谈判斗争，另一方面又始终抓紧着部队整编、练兵，解放区实行“耕者有其田”的土改运动等项工作。对于“和平民主新阶段”的到来，部队上上下下有许多混乱思想，对战争在短期内再度爆发的可能性普遍估计不足，所以从2月份起布置和开展了“百日军政大练兵运动”。5月1日，又在“百日练兵”的基础上，颁发了以军事训练为主的第二期练兵指示，进一步提高战术、技术水平。以后，国民党的战争企图逐步暴露，对解放区蚕食活动日益加紧。
陈毅及华东党政军领导人，乃进一步加强战备动员，批判和平麻痹及各种享乐腐化思想和个人主义打算，加强和扩组野战部队，并要求地方加紧进行土地改革工作，军队要积极拥护与支持土改。这样，使情况有所改观。
与此同时，国民党逐步调齐了兵马。首先是将其远离前线的部分主力秘密运送到解放区边缘的战略要地来。就华东地区来说，1月份停战令生效时，国民党全部兵力是17个正规军47个师，但到6月份，又秘密增调7个军19个师，在华东解放区及其周围布下的兵力达23个军66个师，约52万人之众。
其南线军队进行了整编：以从100万日军手中接收的以及美国援助的武器加强了装备；进一步加强和改编伪军，组织大批“还乡团”；其间向山东、苏皖解放区的蚕食进攻已达977次，侵占解放区城镇村庄400余座。总之，进攻部署已接近完成，大战有一触即发之势。
面对这种情势，共产党军队显然不能作无止境忍让而不反击。但向何处反击能在政治军事上取得有理有利地位？陈毅颇费思量。在中央军委具体筹划下，他组织山野部队，抓住国民党向华中四分区（淮南津浦路西地区）开始动手的时机，在山东选定人心痛恨的伪军为作战对象，发起了讨逆战役。
6月7日晚，山野各主力兵团奉令同时分别向德州、泰安、大汶口、枣庄、周村及胶济路东段的高密、胶县、即墨等据点的伪军发起了突击。到16日，预定攻击的据点除大汶口外，全部夺龋被派到德州指挥伪军的国民党中将司令王继祥以及各据点3万余伪军被俘获，同时毙伤伪军3500余人。这些“钉子”一拔，就拆除了国民党进攻山东解放区的跳板，同时也策应了中原、苏皖解放区的斗争。由于打的是伪军，“师出有名”，国民党无话可说，政治上首先赢了一着。继而战役取得全胜后，又“适可而止”。立即收兵转入整训，使紧张局势及时得到缓和。这是一个将军事与政治斗争紧密结合运用得极为成功的范例。
6月26日，蒋介石在完成了各项战争准备之后，彻底撕下和平面具，下令包围中原5万解放军半年之久的25个师“吃掉”该部。以此为标志，延续5个多月的停战局面终告结束，全国大规模内战就此展开。蒋介石自恃有优势兵力和装备，有美国经援和军援，扬言要在3个月至半年内消灭共产党。
蒋介石对华东的如意算盘，是实行由南向北的逐步压缩，先将解放军华中主力赶过陇海路北，再会同胶济线南下的国民党军将其聚歼于鲁中地区，以解除其宁沪杭中心地带的“心腹之患”。
战云滚滚，大军压境。中央军委6月22日来电指示作战方针：“山东区以徐州为主要作战方向，主要着重调动徐州之敌于野战之中歼灭之。”这一计划核心是着重向南，首先给予向华中解放区进攻的敌人以有力打击。然后华中、山东主力分由淮河南、北进击津浦线，配合晋冀鲁豫野战军造成对徐州合围形势，以调动敌方在运动中予以歼灭。这样，就可以甩开向北的蒋军而插到国民党区域取得人力物力，取得战局上的主动。陈毅次日即复龟中央，完全同意这一南下作战方针，并对山东野战军作了部署。
但苏中方向的粟裕、谭震林向中央和陈毅力陈在苏中内线歼敌的有利条件和兵出淮南的不利条件，不主张一开始便将苏中主力调去淮南、淮北。就指挥关系而言，粟、谭所率的华中野战军在战略行动上归陈毅指挥，但它归华中分局领导属华中军区建制。因此在指挥关系的协调上，陈毅也颇费思量。
6月27日，陈毅一面向中央作了报告，一面向粟、谭发电，望能从华中野战军抽16个团兵力投入淮南作战，但接到粟裕回电，“建议只抽8至11个团去淮南参战，主力仍留苏中作战。”并列举数条理由表明主力暂缓西调先在苏中打几仗的必要性。为了深入研究问题，陈毅于第二天（28日）亲自到陇海线上的新安镇附近，与华中局领导人张鼎丞、邓子恢会面商讨。经反复商询斟酌，中共中央终于复示允许华中野战军暂缓西调。7月4日，中央军委根据政治局势及敌情变化进一步明确指示：“胶济、徐州、豫北、豫东、苏北之顽可能同时向我进攻，果如此，我先在内线打几个胜仗再转到外线，在政治上更为有利。”
7月初，新四军副军长罗炳辉在出征前因脑溢血突然去世。而大敌当前，只能将悲痛化为力量，陈毅将罗副军长的追悼会变成了一次激励士气的誓师会。他在致词中说：“革命的自卫战争必定胜利！我们每个人要抱定决心：打了胜仗开庆功会，打了败仗开批判会，打死了开追悼会！”这三句表达了必胜决心的壮语，很快在部队指战员中流传。
7月中旬，蒋军向淮北、淮南、苏中、鲁南解放区发起了大规模进攻，其中以淮北为主要方向。5个整编师12个旅的兵力，自徐州以南分3路向东推进。陈毅决心以少数兵力牵制敌中路和右路兵团，而以主力歼灭位置最突出的左路兵团（整编第二十八、五十七师各两个旅）。然而，正当山野部队向其左路兵团接近时，其中路整编第六十九师之第六十旅、九十二旅进到了朝阳集、渔沟地区与左路兵团取齐，继而六十旅向左路靠拢而九十二旅显得突出孤立了。他令二纵、九纵、二十旅共计13个团的兵力，攻歼朝阳集、渔沟地区的敌九十二旅，并在运动中攻歼向南增援的六十旅。
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