原来国民党军在苏北、鲁南连遭惨败，蒋介石认为薛岳指挥不力，便派其参谋总长陈诚前往徐州指挥。陈诚与薛岳会商后，仍留薛在徐州，他自己进驻陇海路东段的新安镇指挥。他们发觉华东解放军在鲁南战役之后，主力集结在临沂地区休整，而临沂是山东解放区的首府，共军必将固守，共军在连续作战之后“伤亡惨重，续战能力不强”。因此，陈诚急忙制订了一个“鲁南会战”计划，企图迫使华东野战军在临沂附近决战，以军事上的胜利来影响即将举行的苏、美、英3外长会议。其部署是：整编第十九军军长欧震指挥8个整编师20个旅组成主要突击集团，自台儿庄至城头一线分3路进犯临沂：其右路为黄百韬指挥的6个旅，中路为李天霞指挥的7个旅，左路为胡琏指挥的7个旅；以第二绥区副司令李仙洲指挥第十二、四十六、七十三等3个军9个师为辅助突击集团，由胶济路南下，直捣山东解放区在莱芜、新泰、蒙阴的后方基地，形成南北夹击的态势。他们不仅集中了华东战场上所能集中的全部机动兵力，而且出动了大批飞机对临沂等地狂轰滥炸；还从豫北、冀南抽调王敬久集团4个整编师集结于鲁西南地区，以阻止晋冀鲁豫野战军东援或华东野战军西撤。陈诚严令所属各部：“党国成败，全看鲁南一役，只许成功，不许失败。”
1月31日，陇海路东段的敌军采劝集中兵力，稳扎稳打，齐头并进，避免突出”的战法，以平均每日前进6公里左右的速度向北推进。同时，第二绥区司令官王耀武、副司令官李仙洲由济南赶赴博山，于2月1日召集高级军官会议，布置进攻。其先头部队于2月4日到达菜芜。一年前被迫从伪军反正的郝鹏举在这种形势下于1月27日率部叛变投蒋，被国民党部署在白塔埠、房山街地区担任进攻临沂的冀侧掩护任务。
面对此种情势，陈毅曾主持过多次研究，制定过诱歼南线敌军突出冒进的一路于临沂附近的方案，但敌人进军始终保持着齐头并进，华野未能实现预定的战役计划。2月4日中央军委又发来电报，指明：敌愈深入愈好，我愈打得迟愈好，只要不求急效，并准备于必要时放弃临沂，则我必能胜利；目前敌人策略是诱我早日出击，将我扭打消耗后再稳固地占领临沂，你们切不可上当。这些指示给华野前委负责人以很大启示，陈毅深深感到毛泽东主席以空间换取时间，集中兵力歼灭敌人有生力量的战略思想的英明。因为敌人逼我在临沂地区决战，我有了必要时放弃临沂的准备，作战的回旋余地就大得多了。思路敏捷的陈毅很快提出了一个重要的设想：既然南线敌人重兵密集，战机难寻，而北线敌人孤军深入，威胁我后方，我们何不改变原定作战方针，置南线重兵集团于不顾，而以主力北上，以绝对优势兵力，歼灭北线之敌。他要求粟裕对此作深入周密的思考。
粟裕觉得司令员这个设想十分高明。他又作了进一步的对比和分析，首先他对比了南、北两路敌人的不同情况，认为南线敌人有60多个团，我也仅有60多个团，在兵力上不能占有优势，不能对敌人实施分割包围；而北线敌军兵力小，战斗力相对弱些，内部派系矛盾多，如我将主力隐蔽北上，可以对其形成绝对优势，有把握予以歼灭。敌人既认定我必固守临沂，我军突然北上，定可出其不意。这样，我就可置敌在南线强大兵团于无用武之地，既可避免不利决战，又可在北线歼敌一大坨，粉碎敌之南北夹击意图，解除我后方威胁。
北线的敌人如发现我主力北上，可能回缩使我扑空，但即令如此，我还可乘势进击胶济路，打通鲁中、胶东、渤海三区联系，然后休整部队，以逸待劳，从容迎击南线北进之敌。而且我军还可采取种种佯动措施，迷惑敌人，只要能争取到几天时间，北线之敌便难逃被歼的命运。
粟裕又考虑了多种不利情况及处置方法，其中包括来自敌方的和我方的，以及后勤支前方面的，都向陈毅一一陈述。陈毅每听他说完一个问题，就说一声“对头”。等他全部说完，更非常高兴地一连说了几个“对头”。
然后又同谭震林及其他前委委员商量，都得到了完全的支持。
2月5日午时，陈毅签发了报请中央军委审查的三个作战方案：第一，以第二纵队进击白塔埠、房山街之郝鹏举部，诱右路敌东援或待中、左路敌放胆北进，然后视机歼其一路；第二，如敌仍密集不分，则以一部监视敌人，主力集结临沂以北休整待机；第三，如敌仍不北进，即转兵北上，求歼李仙洲集团。2月6日，讨郝战斗发起，战至7日黄昏，全歼郝总部及其两个师，生俘郝鹏举。但此时南面的敌人不但未前进反而略向后缩，北线的李仙洲集团部则继续南下。
正在讨郝作战时，军委回电，同意第三方案，并指出为执行此方案，对外应装作打南面之敌模样，使李仙洲集团放手南进，然后秘密移动全军，求歼李集团，并攻占胶济路。
其时，华野指挥部驻在临沂东南45里的新集子，当夜即开始向北转移，8日晚宿营于原军部驻地独树头，9日到半程，10日到徐北家庄，一路反复商量，到此时陈毅终于最后下定了决心：留下第二、第三纵队，由参谋长陈士榘指挥，伪装全军模样，在南面采取宽正面的防御，节节阻击敌人。主力隐蔽北上，求歼李仙洲集团，同时布置地方武装进逼兖州，并在运河上架桥，在黄河边找船，造成华野将从泰安、兖州间西渡黄河的假象，以迷惑敌人，在当夜，令主力分3路隐蔽北上。
陈毅兴趣来了，他写了一首新诗，题名《决胜之歌》，请文工团的作曲家迅速谱曲在第二、第三纵队的连队教唱。署名陈毅作词，把词曲油印发到前线的战壕里去，使敌人发现这歌曲，更相信华野主力将在临沂地区决战。
陈毅也乘车北上了。他在坦埠附近进入山区。一天晚上，他到了新泰县的太公峪村住下。鲁中军区第二分区司令员封振武来见，陈毅对他说：“看来这一仗就要在你们地区打喽，这必然给这一带的群众增加负担，你们二分区3个团，你带1个团随华野指挥部行动，另外两个团到指定地区活动，随时听从调动。”他在地图上划定了活动地区之后，又说：“你们二分区除了配合主力部队作战外，还要有个思想准备，必要时抽调补充主力，这个问题我已经给鲁中军区打过招呼了。另外你们还要准备足够的民兵、向导和担架，做到随叫随到。”封振武说：“请首长放心，保证完成任务。”谈话完了，陈毅送他到指挥部门前，突然问道：“听说这家房东是你的亲戚？”封振武颇为惊异，答道：“是的，这是我爱人的娘家。”“哦，看来我同你封振武结下缘分了，把指挥部设到你老婆家里了！”说完哈哈大笑起来。
过了不久，陈毅又把封振武找去当面交代任务，要他立即率领分区3个团沿着泰（安）、新（泰）公路，经徂徕山昼夜不停地向泰安方向运动。若是白天行军，要注意部队防空，要保持同野战军指挥部的通信联系。这次行动的目的是什么？为什么白天行军？白天行军不是容易暴露吗？封振武不便多问，便去执行命令，当他率领3个团向泰安方向挺进时，一些兄弟部队也正按照野战军指挥部的命令向兖州佯动，并在运河上架桥，这时他才恍然大悟：原来是在制造华野即将西渡黄河的假象以迷惑敌人，掩护全军主力隐蔽地向莱芜地区开进。
过了几天，指挥部又派人把封振武带到了指挥部新的驻地。机关人员刚吃过晚饭，正准备行军。陈毅立即对他说：“现在情况很急，我们马上要转移，大部队走后；李仙洲指挥的四十六军（按：即整编第四十六师）可能乘机由莱芜南犯，占领新泰、蒙阴两县，现决定由你率分区3个团阻击敌四十六军，迟滞其行动，使他不能那样快进占两县，你们能抗击5到7天最好。”
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