在攻城作战部署上，曾经发生重点放在西面还是放在东面的争论。粟裕坚持把攻城重点放在西面。他分析王耀武的兵力部署，寻找他作战部署的弱点和要害，从而选择集中使用兵力的重点。王耀武把济南划分为东西两个守备区，东守备区由国民党中央军5个旅担任守卫，西守备区由吴化文的整编第九十六军等杂牌部队5个旅另两个总队担任守卫，在兵力部署上东强西弱，显然以东线为作战部署的重点。西线的吴化文战前已有弃暗投明表示，如能在战场起义，就可以使敌人西部防线出现缺口。飞机场也在城西，我军攻下机场，不仅可以切断敌人的空中补给线，断绝敌人的兵力和物资来源，造成“瓮中捉鳖”之势，而且还会给敌人以精神上的严重打击。所以，西线就成为敌人作战部署的弱点，也是他的要害。我们攻其弱点和要害，就可以打乱敌人的部署，还可以促使吴化文起义。针对敌人防区广阔、兵力分散、机动兵力少的弱点，粟裕将攻济部队分为东西两个集团，实行钳形攻击，同时并进，多路突击，连续进击，使敌人难以判明我军主攻方向，不给敌人以喘息时间。同时利用敌人内部矛盾，军事打击与政治瓦解相结合，争取吴化文起义。他特别强调，将攻城兵力首先重点使用于西线，以迅速攻占机场为第一作战目标。为了保证西线作战有足够的兵力，粟裕决定从总预备队第十三纵队抽调一个师或更多的兵力加入攻击机场的战斗。
在战役即将发起时，许世友、谭震林提出从西线抽调一个纵队到东线。粟裕坚持仍按原定部署实施。他指出，集中兵力的原则是对的，但要使用在重点上，再次强调“总以能迅速攻占机场为第一步作战目标”（《粟裕军事文集》，解放军出版社，1989年7月，第1版，第382页。）。粟裕后来谈到这一点说：“毛泽东同志说集中兵力说起来容易做起来难，我的体会，如何判断和选择重点是关键”（《粟裕战争回忆录》，解放军出版社，1988年11月，第1版，第582页。）。
为了打好这关键的一仗，粟裕特地由大柏集赶到西兵团驻地，参加他们的作战会议，研究制定西线作战方案，并在营以上干部大会上作动员报告。他在报告中指出，西兵团的任务是夺取吴化文守备的机场和商埠等地段以后，攻向老城。济南虽然不是一座“固若金汤”的城市，但它毕竟有王耀武的10万重兵把守，有日寇占领时期和近期王耀武抢修的坚固防御工事。因此，我们既要藐视敌人，树立必胜的决心和信心，又要不犯轻敌的错误。吴化文受我政策感召，可能率部起义。但是我们夺取济南战役的胜利决不能寄希望于吴化文的起义，而要毫不动摇地建立在打的基础上。要采取穿插迂回、大胆楔人、打开口子、突人纵深、分割围歼的战法，支解敌人的防御体系，“打到济南府，活捉王耀武”。
华野把攻击的重点放在西面，这确实是致敌于死命的一招。王耀武也料到了这一点。他判断“解放军的主力在西，先集中力量取下飞机场，以截断守军空运”。于是，急令他的总预备队抽调两个旅向西增援。这样一来，恰好为华野东线作战造成了有利条件。
9月16日夜，正是中秋节前一天，秋高气爽，月明如昼。王耀武和他手下将领忙于准备过节月饼。华野东西两兵团按照预定计划同时发起攻击。经过一夜激战，东兵团以出乎王耀武意料的速度，迅速攻占王耀武视为济南屏障的茂岭山、砚池山。
华野东线攻势迅猛凌厉，王耀武又错误地判断形势，以为华野主攻方向在东线，急忙把已经调到西线的两个旅调到东线，并将原来部署在飞机场以西的一个旅调到商埠加强城防。这样一来，又给华野西线作战造成了有利条件。
华野西线兵团以排山倒海之势迅速扫清敌人外围据点，并用炮火控制了西郊机场，切断了敌人的空中通道。军事进攻和政治争取相结合，促使吴化文率领3个旅两万余人起义，在敌人的西部防线打开了一个大缺口。
王耀武坚守济南的信心动摇了，连忙发电报给蒋介石，请示“可否一举突围”。蒋介石复电，要他“坚守待援”。王耀武无奈，重新调整部署，作垂死挣扎。
粟裕认为，以西线为重点攻城目的已经达到。为了不给敌人喘息机会，决定乘敌人调整部署之机迅速扩大战果，指令攻城集团实行东西对进，充分发挥钳形攻势的作用，向商埠和城区猛攻。9月20日，他在给攻城集团指挥员的电报中指出：“战局可能迅速发展，望令各部就现势以三、十及十三纵并力向商埠攻击，得手后，则全力攻城”。
在向商埠攻击过程中，围攻邮电大楼（第二绥靖区司令部驻地）的战斗打得十分激烈。经过反复较量，华野攻城部队终于把负隅顽抗的蒋军1个团统统消灭，战士们冲进第二绥靖区司令部大楼。豫东战役中的解放战士熊金发第一个冲上楼顶，从旗杆上扯下青天白日旗。在战士们的欢呼声中，那面破旗伴着硝烟飘落下地。
在熊金发背后，是他的排长。这位来自苏中老根据地的青年干部，对粟裕怀有深厚的感情，高兴时喜欢说：“我们是粟司令的战士。”批评人时常讲：“你自己看看，哪一点像粟司令的兵！”熊金发转过身来问：“排长，我像不像粟司令的兵？”排长响亮地回答：“你是粟司令指挥下的英雄战士！”
从20日到23日，华野攻城部队攻占商埠和外城，紧接着向内城发起总攻。
9月22日，粟裕为防止济南守敌突围逃跑作出部署，命令第十一纵队进至莱芜地区，第六纵队进至新泰地区，苏北兵团抽一个纵队进至蒙阴桃墟地区，组成3道截击线，命令第一纵队主力于济宁、兖州间机动，配合攻城部队，截击济南突围之敌。
王耀武看到大势已去，丢下他的残兵败将，化装潜逃。可是他终于不能逃出人民战争的天罗地网，刚刚逃到寿光县，就被当地民兵活捉了。
在阻援打援战场上，粟裕采取“夹运（河）而阵”的作战部署，把打援集团的18万部队分别部署于运河两岸。在运河以西，配置两个纵队另两个旅，利用水洼地带易守难攻的有利地形，构筑四道防线，坚决阻击由鲁西南北犯之敌。在运河以东，配置6个纵队另4个团，将打援战场选择在运河以东的邹县、滕县之间，准备歼灭由运河以东或沿津浦路北进的援敌，以歼灭邱清泉的五军为主要作战目标。粟裕认为，这种部署的好处是：无论敌人沿津浦路还是沿运河两岸北进，都不容易靠拢，而易于被我各个分割歼灭；我军以兖州为中心布阵，主力部队转移方便；打援战场距济南较远，有利于保障攻济部队作战，也有利于尔后扩大战果。
后来得知，指挥邱、黄、李3个兵团增援济南的徐州“剿总”副总司令杜聿明，果然随着粟裕的指挥棒行动。他自作聪明地采取声东击西的策略，扬言主力沿津浦路北进，实际上大部沿运河东岸北进。如果他放胆北进，正好投入粟裕预设打援战场。但是，他们得知华野有强大打援兵团严阵以待，又慑于豫东战役区寿年兵团被歼的命运，虽经蒋介石一再严令督促，仍然迟迟不敢向前推进，每天只缓缓前进一二十华里，避免与华野打援集团交战。直到华野攻克济南，邱清泉兵团才进至鲁西南的成武、曹县地区，而黄百韬、李弥两个兵团则尚在徐州地区集结过程中。邱清泉得知济南失守，连忙缩回徐州，商丘一带。
在阻援打援战场上，国民党援军虽然逃脱了被歼灭的命运，华野却也达到了坚阻援敌使其不能迫近济南，使攻城部队有足够时间攻占济南的目的。
粟裕作为济南战役的主要指挥者，不仅参与了济南战役的战略决策，主持制定了攻济打援的作战部署，并且指挥了济南战役的全过程。这本来是十分清楚的历史事实。可是，由于后面将要提到的原因，在一些出版物中，包括党史、战史资料和某些将军的回忆录，甚至在有关济南战役的纪念物上，济南战役的主要指挥者竟然换上了别人的名字。济南战役是谁指挥的？这个不成问题的问题，今天却成了需要考证的问题，实在不能不令人感慨系之。
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