面对集结于碾庄圩地区的黄百韬兵团和由徐州东进的邱、李两兵团，粟裕采取“攻济打援”的战法，以歼灭黄百韬兵团为主要作战目标，同时争取在阻援打援中歼灭一部分援敌。他把指挥重心首先放在围歼黄百韬兵团上。
11月11日，粟裕率领华野司令部转移到运河以西的议堂。11月12日，又前进到离碾庄不到5公里的过满山，就近指挥围歼黄兵团的作战。
这是他的惯常做法。历次战役，他的指挥位置总是设在靠近前线的地方。他认为，这样才能及时掌握瞬息万变的战场情况，才能同前线指战员保持呼吸相通的密切联系，才能作出准确的判断和及时的指导。
粟裕一到过满山，没有进指挥所，就带着警卫员上了山，站在一棵小槐树旁，用望远镜观察战场情况。
警卫员提醒他：“首长，别在这里，到东边去目标小一点。你有望远镜，他们也有望远镜呀。”
“好，听你的！”粟裕爽快地回答。
30年后，粟裕当年的警卫人员回忆往事，仍然念念不忘老首长粟裕的优良作风。他说，首长6次负伤，患有多种疾病，但是一直坚持战斗在第一线。打起仗来，他常常几天几夜不睡觉，两个汽灯换着点。为了不暴露目标，还把作战室门窗堵起来。整天整夜围着地图转。实在疲倦了，就喝点咖啡提神，说今天晚上就靠咖啡过夜了。有时上山观察地形，连警卫员也不带。首长和我们在一个党小组过组织生活，我们就开小组会给他提意见：打仗时间还长，你老不睡觉怎么行呢？你招呼也不打，老自由行动，怎么行呢？首长说：大家的意见很好，我接受。
粟裕就是这样自觉和愉快地接受群众的监督，也自觉和愉快地接受来自上面的监督。
11月12日，粟裕转移到过满山的当天，中央军委发来电报，指出华野前指位置太靠前，要他们后撤5公里。13日凌晨，粟裕遵照中央军委指示，转移到土山镇东南的火神庙，离碾庄不到15公里。火神庙有前后两院，房舍宽敞，周围林木葱郁，便于隐蔽。作战室和机要室在前院，首长和警卫人员住在后院。粟裕在作战室里搭了一张行军床，就在那里休息。这个地方，北可眺望碾庄圩地区战场情况，西可与阻援打援部队保持密切联系，是一个理想的指挥位置。直到全歼黄百韬兵团，粟裕才离开此地。
这一带是东汉末年的古战场，当年的风云人物曹操、刘备、关羽、张飞等等，留下了许多遗迹和传说。土山，相传是关羽被困降曹的地方。黄百韬在部署碾庄圩作战的时候，曾经指令第六十四军进驻土山一线，遭到军长刘镇湘的坚决反对。刘镇湘一个说不出口的理由，就是忌讳这个倒霉的地名。栗裕平时喜欢读《三国演义》，有时在车上马上也读，不只是为了文艺欣赏，也是从中吸取可供借鉴的谋略。现在，他对这些历史遗迹也产生了兴趣，可是他没有国民党将领那样的忌讳。他选择关羽打过败仗的地方作指挥所，要在这里指挥打一个全歼黄百韬兵团的大胜仗。
黄百韬是粟裕的老对手了。这位当年北洋军阀的传令兵，虽然并非蒋介石的嫡系，现在却是蒋介石“期望至殷”的中将司令官。早在抗日战争中，他担任第三战区参谋长的时候，就多次参与制造同陈毅、粟裕指挥的新四军江南指挥部部队的“磨擦”，并且参与制造了震惊中外的“皖南事变”。抗日战争胜利后，他充当蒋介石发动的全面内战的急先锋，在苏中战役、孟良崮战役、豫东战役中，多次与粟裕指挥的华中野战军和陈、粟指挥的华东野战军交锋，并且以在豫东战役中“救援有功”而被蒋介石授予“青天白日勋章”，升任第七兵团司令官。淮海战役开始后，蒋介石把5个军交给他指挥，使黄百韬兵团成为淮海战场上国民党军队兵力最多的兵团。
虽然在西撤过程中被消灭了1个军2个师，但仍保持4个军的建制，而且战斗力是比较强的。它先后由驻守之敌变为运动之敌，再变为驻守之敌，并且拥有李弥兵团驻守碾庄圩时修筑的工事。黄百韬崇拜拿破仑的“团式集中法”，曾经建议“集结各兵团于徐州周围”，并被蒋介石采纳。不料刚刚开始集结，就被解放军以神速行动分割包围为几块。现在，他把“团式集中法”用在碾庄圩，把他的4个军10余万人摆在以碾庄圩为中心、纵横10余公里的狭小地区，企图与华野一决雌雄。不过，他毕竟是国民党将领中比较有战略头脑的一个，预感此战凶多吉少，临战之前在蒋介石派来的战地督察官面前坦率陈辞。他说：“这次战事与以前战役性质不同，是主力决战，关系存亡”。“国民党是斗不过共产党的”。“胜则举杯相庆，败则出死力相救，我们是办不到的”。后来战局的发展，果然被他言中。
围歼黄百韬兵团的战斗从11月11日开始，开头3天进展不够顺利，许多阵地要经过反复争夺。在作战地图上，有些村庄上午插上红旗，下午换上蓝旗，晚上又插上红旗。包围圈虽日见缩小，但华野部队伤亡也较多。国民党为此而大吹大擂“碾庄圩大捷”，陈诚拍案大叫：“黄百韬真英雄也！”
从前沿阵地回来的参谋报告说：“黄百韬难打啊！100米宽的正面就有20多挺机枪，子弹像泼豆子一样。我们的战士英勇啊，一波一波地往前冲！”
粟裕走到指挥所附近的野战医院，了解到的伤亡数字显然比部队上报的数字大得多。回到指挥所，他拿起电话，首先与第四纵队司令员陶勇通话：“陶勇，你们那里伤亡情况怎么样？”
“部队情绪很高，请放心，坚决完成作战任务！”
“我是问伤亡情况。”
陶勇报了个数字，说：“不严重。”
“骗鬼！”粟裕认真了，“你给我如实报告。”
陶勇沉默了一会，声调沉重地说：“是的，我们这里伤亡情况很严重。粟司令，你既然知道了，我也不好瞒你，眼下伤亡已经达到4300多人。”紧接着声调一扬：“不过，请粟司令放心，我们坚决完成作战任务！”
粟裕放下电话，静静地沉思。他认为，围歼黄百韬兵团是一个大仗、硬仗。黄兵团拥有5个军的兵力，战斗力虽不算一等，也是中等偏上的。一次战役消灭敌人5个军，这样规模的仗我们过去没打过。歼敌数量的增长必然带来兵力使用和战术技术等一系列新问题，增加指挥与作战过程中的难度。黄百韬兵团已由运动之敌变为驻守之敌，并且在李弥兵团原有阵地基础上构筑成完整的防御阵地。我们虽然在发起围攻前提醒部队，应将运动之敌与驻止之敌的打法严格区分，并指示九纵采取近迫作业的战法，但是部队由迅猛追击运动之敌转为围攻驻守之敌，许多准备难以在运动中完成。部队随到随打，炮兵没有跟上，各个部队之间，步兵炮兵之间，缺乏统一的指挥和协调。
11月14日9时，粟裕和陈士榘、张震发电报给谭震林、王建安，具体分析了战斗进展不快的3个原因：（1）地堡、交通壕结合，不易爆破，再加敌人连续反击。（2）收缩一团，分割不易，必须逐庄攻击。（3）指挥不一，动作不协同，炮火无统一指挥。同时提出了明确指挥关系的两个方案，由谭震林、王建安统一指挥攻击部队或者统一指挥打援部队，征求他们的意见。
14日晚上，粟裕召集担任主攻的6个纵队首长开会，主要议题是调整部署，改进战法，明确指挥关系。粟裕在讲话中指出，黄百韬兵团已由运动之敌变为驻守之敌，我军的战法必须由运动战转为村落阵地攻坚战，用近迫作业的办法突破敌人的坚固防御阵地。利用暗夜把交通壕挖到敌人阵地前沿，然后突然发起攻击。要先打弱敌，后打强敌，攻其首脑，乱其部署，逐个争夺敌人的火力点和所占村庄。在逐点争夺中，要集中炮火，组织好步炮协同。决定由谭震林、王建安统一指挥围歼黄百韬兵团的6个纵队。
会议一直开到14日深夜24时。
从15日凌晨开始，华野各部队就按照统一的部署行动起来。包围圈内枪炮声突然沉寂，代之而起的是挥锹抡镐的挖土声。一条条坑道向前推进，直到蒋军阵地前沿不到100公尺处。
黄百韬突发奇想，对他的参谋长说：“派小部队去侦察一下，是不是共军逃跑了？”他的小部队一出来，就遭到迎头痛击，狼狈回窜。黄百韬兵团的官兵们不得不龟缩在越来越小的包围圈内，不敢越雷池一步。
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