1947年2月20日莱芜战役打响，叶飞命令一纵1师、3师分别向莱芜城西、城北国民党军外围阵地发起攻击。叶飞，1914生，原名叶启亨，曾用名叶琛，是中国惟一具有双重国籍的开国上将，时任华东野战军一纵司令员。此时，华野第八纵队和第九纵队在博山以南地区伏击，歼灭了南下增援莱芜的敌人一个师，第十纵队和独立师攻占了锦阳关，切断了敌人退路，第四纵队、第七纵队火速赶到了指定地域，第二纵队也从临沂前线日夜兼程北上。攻击莱芜城的战斗，由一纵独立承担。当天夜里，一纵3师7团猛攻莱芜城西的小曹村。经5次爆破，3次突击，占领部分阵地。

敌73军193师顽强抵抗，一夜反复争夺，战斗十分激烈。用李仙洲的话说：双方杀了个七进八出。果然，敌人对第一纵队3 个师的阵地，都拼命争夺，特别是第1师占领的莱芜城北的小洼和 400 高地，是敌人突围的主要口子，战斗十分激烈，我部队以一当十，在小洼阵地上展开了白刃格斗，打得极为英勇顽强，使敌人未能得逞，我阵地岿然不动。第一纵队在连续三昼夜激战中，紧紧包围了莱芜之敌，为兄弟纵队调整部署、最后共同歼灭李仙洲集团赢得了时间。

粟裕副司令员后来在作莱芜战役初步总结报告时，对第一纵队作了如下评价：在多纵队的配合上，第一纵队在整个战役中起了决定作用，应算第一功。在一纵进攻莱芜，牵制李仙洲集团时，王必成指挥六纵进攻吐丝口镇的战斗正在激烈进行（王必成，1912年生，湖北省麻城市人，历任浙江军区司令员、上海警备区司令员、南京军区副司令员，参加了抗美援朝。1955年被授予中将军衔，时任华东野战军六纵司令员）。口镇处于明水、博山通向莱芜公路的交叉点，面积比莱芜城还大些。李仙洲集团的后方基地设在这里，储存了上百吨弹药和数十万斤粮食。拿下口镇，就切断了李仙洲集团的退路和济南方向的增援。

驻守口镇附近之敌第 12 军新编第 36 师，原系伪军，长期担任守备任务。被国民党整编后，更新了装备，粮弹充足，又吸收了一批极端反动的还乡团，比较顽固狡猾。王必成决定以第 16 师和第 18 师两个团，采取偷袭和强攻相结合的手段，坚决攻占口镇。以第 17 师并指挥警4团，插入口镇以北，主力警戒青石桥之敌，一部配合第16师、第18师攻歼口镇之敌。2月20日，夜幕降临之后，担任主攻的第 16 师，隐蔽地进入了口镇西南的攻击出发阵地。20 时许，第 48 团突击连在向导带领下，由田家庄出发，沿着一条深约 2 米的水沟向口镇秘密运动。在逼近外境时，被敌哨兵发觉，说时迟，那时快，敌喊叫口令声未落，即被我猛冲上去的战士击毙倒地，部队便一拥而上，搭人梯抢占了圩墙，不到 10 分钟突击连就控制了数十米长的突破口。

守敌被这突如其来的袭击搞得晕头转向，不知所措，纷纷向后退缩。40分钟后，我第 48团全部突入，并乘胜扩张战果。守敌拼命顽抗，并以约一个连的兵力在密集炮火支援下向我反扑。第 48 团先以猛烈炮火打击敌人，接着步兵勇猛出击，将敌一个连全部歼灭，俘虏十余人，巩固了既得阵地，与此同时，第 47 团采用迂回战术，以一部兵力监视当面敌人，主力由西南方向突入圩墙，打通了与第 48 团的联系，两个团并肩突击，几个小时后，第 16 师便控制了口镇街区的大半，取得了初战的胜利。

第18师则因后续部队延误了时间，迟至23时才开始攻击，且当夜攻击受阻，没有得手。拂晓，敌炮兵和飞机对我军进行疯狂的火力袭击和轰炸扫射，妄图将我攻击部队毁灭在阵地上。王必成认为阵地上的部队太多，容易遭受敌火杀伤，遂令第 16 师暂停攻击，留一部分兵力控制已占阵地，将主力撤出，整顿战斗组织，准备再战。为了查清敌情，王必成带领几个参谋到口镇与部队指挥员一起研究了地形和敌情，并作了具体的战斗部署。敌师指挥所设在镇东北角核心阵地内的高等师范学堂（即关帝庙）。这里有密集的地堡群，以地道相连接。这证明敌人准备在此固守顽抗。将敌情搞清楚之后，王必成和纵队几位领导同志一起做了分析研究。决定组织连续突击，不给敌人以片刻喘息的机会，一鼓作气将敌人歼灭。于是，决心集中第16师、18师共6个团的兵力于当夜歼灭口镇之敌。

2月21日16时，第18师第 53 团由南门第16师部队的突破口进入，沿南野堵向东门攻击前进，将第52团迎入，经过5个钟头的激战，至夜21时攻占了小东门。此时，第16师 3 个团由西向东并肩突击。敌人凭借既设阵地，拼死抵抗。我攻击部队与敌逐屋、逐街争夺，我占领房顶，敌人即在房内向房顶打枪；我在墙上挖洞前进，敌人即以密集火力封锁，并以燃烧弹焚烧房屋，不让我部队有掩身之地。我指战员们前仆后继，英勇拼杀，先后攻占了小东门至北门以西的全部街区，控制了口镇全部街区的三分之二，将敌人压缩到东北一隅。

21 日白天，驻青石桥的敌军出动，增援口镇，吸引我军分散兵力。六纵17师在阻击的同时，坚决反击，激战一天，迫使敌军缩回青石桥。敌第 46 师缩进莱芜城。华东野战军指挥部立即将第一、二、七纵队和第四、八纵队分别组成东西两个突击兵团，如敌固守莱芜，则从东、西两面实施强攻；如敌向北突围，则以第六纵队一部位于吐丝口以南坚决堵击，而以东、西两突击兵团合击突围之敌于莱芜、吐丝口之间地区。

李仙洲率两个军缩集于小小莱芜城，满城是兵，军心动荡，李仙洲束手无策。王耀武认为固守莱芜极为不利，守莱芜的部队与其在莱芜被歼灭，不如经吐丝口镇撤至明水及其以南地区，东可以支援淄博矿区，西可以保卫济南，又可以解吐丝口镇之围。王耀武下了北撤的决心后，命令李仙洲妥为研究经吐丝口镇北撤明水及其以南的部署，同时派绥区副参谋长罗幸理携带王耀武的信到南京向蒋介石报告情况与撤退的决定。