1947年，继宿北战役之后，中国共产党领导的华东野战军与国民党在鲁南摆开战场，发动了著名的鲁南战役。战役分两个阶段进行。
1946年12月，国民党徐州绥署主任薛岳奉国民党军事委员会委员长蒋介石的命令，向鲁南解放区大举进攻。其军事部署是：号称“国军之萃”的蒋介石嫡系部队整编第二十六师马励武部第一六九旅、第四十四旅及其配属第一快速纵队，于临沂西南卞庄、向城、太子堂一带集结。这支部队全部为美式机械化装备，武器精良，拥有几十辆坦克和几百辆汽车，且有飞机助战。整编第五十一师位于枣庄、齐村与第二十六师相距30余公里。整编第三十三军之七十七师和五十九师分别驻扎在邳县、四户镇一带，与二十六师也相距30余公里。三支主力布成犄角之势，相互策应。
中共华东野战军首长陈毅、粟裕遵照中共军事委员会及军委主席毛泽东关于歼灭鲁南之敌，使鲁南获得巩固的指示，根据国民党的军事形势，作了相应的军事部署。决定以临沂为总指挥部，将参战部队编成左右两个纵队。右路纵队为第八师、第九师、第十师、第四十四师以及滨海警备旅和鲁南军区特务团共12个团组成。左路纵队由第一师陶勇部及第一纵队叶飞部15个团组成。
1947年1月2日夜10点，中共军队比原计划提前两个小时突然发起进攻。此时，国民党第二十六师师长马励武正在峄县欢渡元旦。在毫无作战准备情况下仓猝应战，陷入被动挨打的局面。中共左右两路纵队动作迅猛，到1月3日拂晓，圆满完成了对国民党军队的合围与部分分割任务。当日傍晚，两路纵队发起合围攻势，激战通霄，到4日清晨，已歼灭整编第二十六师师部及其两个旅的大部，余部和第一快速纵队被紧缩在陈家桥、贾头、作字沟狭小地区。4日上午，雨雪交加，两路纵队再次发起攻击，国民党军队企图突围西逃。但道路泥泞，桥梁被炸，汽车、坦克等现代化装备失去了威力。驻扎在枣庄的国民党军五十一师曾几度出兵增援，均被阻击于外围。下午3点，除7辆坦克侥幸逃出峄县外，第二十六师和第一快纵队计3万余人全部被歼。至此，鲁南战役第一阶段结束。
鲁南战役第二阶段。中共部队按预定作战方案乘胜追歼第五十一师，并收复台儿庄、峄县。国民党第三十三军及其七十七师于第一阶段残败之后，于1月5日退至运河以南。中共华东野战军根据形势，决定乘胜追击，并重新拟定了第二阶段作战方案：第八师、第九师、第四师之第十团及滨海警备旅进驻峄县城；第一师进攻枣庄、齐村；第一纵队以及新从苏北调来的第十三旅布防于峄县西南的文峰山、望仙山、白山一带，阻击可能增援之敌。粟裕自临沂总指挥部赴峄县、枣庄前线指挥作战。
1月9日晚，攻打峄县的战斗打响。经彻夜激战，八师部队先后占领了南关、邵家楼、坛山以及东关大部，兵临峄县城下。10日进行攻城准备，黄昏时分发起总攻。第八师将士多为矿工出身，擅长爆破，突入南门，缴获了从第一阶段战场上逃回来的7辆坦克，巩固了突破口，后继部队突入城内。与此同时，第九师及第四师第十团也从东门角攻入城内，展开激烈的巷战。到11日凌晨1点，全歼国民党峄县守军，师长马励武被俘。
1948年冬，陈毅在峄城机场会见国民党谈判代表
鲁南战役经过两个阶段的连续作战，历时19天，中共以伤亡8058人的代价全歼美式机械化装备的国民党整编第二十六师、整编第五十一师和第一快速纵队，共计53000余人。俘虏国民党整编第二十六师中将师长马励武及整编第五十一师中将师长周毓英。缴获一大批武器装备，其中坦克24辆、汽车474辆、榴弹炮、山野炮、其他火炮217门及其他军用物资。鲁南战役取得了辉煌的战绩，为中共领导的军队由战略防御转入战略反攻准备了条件。