國民黨軍對魯南的攻勢開始后，華東野戰軍因為主力集中在南線，并希望盡可能保有臨沂，最初曾企圖在南線誘使對方深入，然后尋殲其一部，打破其進攻。但南線國民黨軍可能是因為有蘇北、魯南幾次失利的教訓，此次攻勢開始后，行動非常謹慎，二三十萬部隊在幾十里寬的正面，以密集平推方式向北攻擊前進，稍遇阻擊即停止不前，而且各部互相觀望，都不愿過于突出，沒有暴露出明顯的薄弱環節。在此情況下，華東野戰軍如果出擊，最多也只能擊潰對手，而很難達成殲滅目的。北線國民黨軍雖實力較弱，但因尚未與中共部隊實力較量，不知利害，故表現冒進，2月1日開始行動后進展甚速，4日到達萊蕪，8日整編第46師已前出至新泰，3個軍（師）的兵力脫離膠濟路后方支持，沿萊蕪、新泰公路自北向南分萊蕪、顏莊、新泰三地擺放，形成了一字長蛇陣，處境孤立分散，缺乏互相照應，較有利于分割圍殲。陳毅、粟裕研究此種情況后，改變原定作戰部署，下決心將華東野戰軍主力轉移至北線，先打北線國民黨軍，南線只作牽制配合，并不惜放棄臨沂。2月10日，華東野戰軍指揮部發布命令，集中全部9個縱隊的優勢兵力投入此次作戰，其中以4個縱隊自臨沂北上，3個縱隊由膠濟路南下，圍殲北線國民黨軍，只以2個縱隊在南線擔任牽制任務。兵貴神速，當天，南線參戰部隊即秘密撤離臨沂一線，急速北上，北線參戰部隊也開始向南運動。為了不使國民黨軍判明華東野戰軍的真實企圖，部隊運動采取了嚴格的保密措施，同時部署南線留守部隊在臨沂外圍偽裝主力，節節抗擊，遲滯國民黨軍的進攻。

2月9日，徐州綏署令南線各部向臨沂地區攻擊前進，企圖殲滅當面中共部隊，完成魯南會戰任務。在中共主力部隊已北移的情況下，南線國民黨軍因為不明底里，面對中共少量部隊的阻擊，行動仍較謹慎，直至中共部隊主動撤離后，方于15日占領臨沂空城，卻虛報戰果，聲稱消滅共軍數萬人。蔣介石為此得意非常，認為形勢正按其設想發展，山東決戰計劃已接近成功，“陳毅已失其老巢，就再不能發生過去一樣大的作用了”，“國軍占領臨沂以后，如果我們計劃周密，部隊努力，則魯南、膠東不難收復，以后的問題，都在黃河以北了”。蔣認為中共自臨沂主動撤退的說法是不明事實，聲稱中共“退出老巢，放棄軍事重鎮，便證明他們是受了嚴重的打擊，不能不出此窮途末路的一著了”。（蔣介石：《剿匪戰役之檢討與我軍今后之改進》；《先總統蔣公思想言論總集》卷二十二，21頁。） 倒是負責指揮北線作戰的第二綏靖區司令王耀武得到了中共部隊北移的情報，判斷“由南向北急進之匪軍，應為其主力之轉用，顯有打擊北路兵團之企圖”，急令北線各部向膠濟路收縮。李仙洲得令后即于16日下令北線3個軍（師）依次后撤，以靠近膠濟路后方。但國民黨軍統帥部的判斷與王耀武正相反，陳誠認為中共部隊“無足顧慮”，已“無力與我軍主力作戰，有北渡黃河避戰的企圖”，故命令王耀武堅決執行南北夾擊的作戰方案，嚴令李仙洲部回防，否則將以抗命論處。結果李仙洲只得又令正在后撤中的各部重回原地，使部隊來回運動，疲于奔命。（《文史資料選輯》第8輯，121頁。）臨沂至萊蕪距離將近200公里，南線華東野戰軍近10萬大軍轉移北上，在近10天的時間里，不可能不露出種種蛛絲馬跡，至少其電信聯絡可以為國民黨軍偵聽，國民黨空軍的空中偵查也可以發現種種非常情況?？墒窃谶@段時間里，國民黨統帥部卻始終未能判明中共部隊的真實企圖，可見國民黨軍戰場情報工作之差，并終將為此付出沉重的代價。

2月19日，李仙洲發現中共大部隊出現在其四周，中共部隊的動向終于被判明，王耀武等不及南京統帥部的批準即命李部火速后撤，但是國民黨軍多日來在部署上的動搖與延誤，已經注定了李仙洲部的覆滅命運。2月20日，華東野戰軍首先在萊蕪以北殲滅了由博山南下萊蕪歸建的第73軍77師，并封閉了李仙洲部隊向北的退路，占領了萊蕪城外各要點，完成了對李部的大包圍。次日，自新泰北撤之整編第46師到達萊蕪，與第73軍會合。王耀武認為李部處境孤立，糧彈缺乏，且援軍無望，下令李部突圍，先北進至吐絲口與第12軍新36師會合，再向北靠近膠濟路。萊蕪至吐絲口之距離不過20余里，王耀武認為以2個軍（師）的強大力量，在空軍掩護下作短距離戰斗前進，絕未料其會失敗。但李仙洲本非軍事長才，其屬下的3個軍（師）臨時配置成戰斗集團，互有矛盾；更關鍵的是，整編第46師師長韓練成早在1946年冬即面見中共南京代表團負責人董必武，與中共建立了聯系。1947年初，山東軍區政治部主任舒同親臨第46師駐地，與韓建立了直接聯系。戰斗開始前，韓練成向華東野戰軍透露了國民黨軍的行動部署，并領受了任務；戰斗開始后，韓以種種借口拖延部隊的行動，在李仙洲接到突圍命令后，韓仍堅持準備不及而要求將突圍時間推后一日，使華東野戰軍有了更充分的攻擊準備時間，也使李部進一步陷于不利境地；李部突圍開始后，韓練成脫離指揮崗位，在中共安排下秘密出走，使得整編第46師指揮混亂，并牽連到李部其他部隊。韓練成因是秘密出走，無人知其與中共的關系，后來中共又安排他以突圍而出的身份回到南京，居然得到蔣介石的夸獎，安排他為侍從室武官，并以此教訓下屬向韓學習，使韓得以繼續潛伏在蔣身邊為中共工作，直至一年多以后方才因暴露而出走香港。國方在情報工作上真可謂不知彼亦不知己。

2月23日晨，李仙洲命令第73軍和整編第46師并列出萊蕪城向北突圍。李部出城后逶迤而行，因行軍路線兩側為山地，部隊正面狹窄，行軍隊伍拉得很長，為中共部隊提供了極好的攻擊機會。華東野戰軍以1個縱隊在李部北進必經之地設伏，另以4個縱隊分別部署于李部北進之路兩側，又以迅速動作在李仙洲部剛剛離開萊蕪之后即派兵占領萊蕪城，切斷了李部后路。此時，李仙洲北進之路被堵，后退回城也已不可能，又未派有力部隊占領行軍路線兩側山地要點作掩護，全軍數萬人被華東野戰軍分割包圍攻擊，無法展開隊形，被迫向內收縮至東西六七里、南北三四里的狹小范圍內，互相擁擠，指揮大亂，迅速瓦解，4萬余人的部隊，不過4個小時即被全殲，李仙洲和第73軍軍長韓浚等多名高級將領被俘。當晚，駐守吐絲口的第12軍新36師見態勢危險，不得不棄城向膠濟路方向退卻，又遭華東野戰軍伏擊，大部被殲。而在北線激戰之時，南線歐震兵團數十萬部隊因對華東野戰軍動向判斷不明，在占領臨沂后滯留多日未有行動，對下一步主攻方向徘徊不定。當他們最終判明中共部隊的意圖后，因為距李部太遠，根本來不及北上增援。直到23日李仙洲部被殲，徐州綏署才命令南線主力向臨沂西北費縣、曲阜、汶上、東平等地“進剿”，但已無法挽回萊蕪之失。

國民黨軍統帥部精心策劃的魯南會戰，以大張旗鼓地占領中共華東區政治軍事中心臨沂為其興高采烈之開端，以無聲無息地在萊蕪損失7個師（旅）5萬余人為其消沉慘淡之收場。這樣數萬人整裝配置的大兵團被殲，實為國民黨軍自內戰開始以來空前之失敗，“其對雙方戰力與士氣之消長，影響爾后作戰者甚巨，所以此次作戰，實為雙方在主戰場上勝敗之轉捩點所在”，被蔣介石認為是“國軍無上之恥辱”。（《國民革命軍戰役史第五部——戡亂》第3冊，218頁。）國防部為此多次舉行檢討會報，總結此役得失，結果上下之間對失利責任互相指責。王耀武認為：“共軍放棄臨沂后，本部即已判斷共軍必打擊我南進兵團，以挽回其頹勢，故一再要求機動作戰，但層峰因有整個計劃，始終未能采納”；部隊“旋進旋退，輕進輕退，舉棋不定，措置乖方，渙散了軍心，打亂了步驟，以致造成了不可收拾之局”。參謀本部則認為：“第二綏區未能恪遵本部迭次指示，使新泰萊蕪我軍堅守待援，反飭令其退卻，致于半途遭優勢匪軍截擊，蒙受重大損失?！眳⒅\總長陳誠則將失利原因歸于前線指揮官的無能與輕敵，事前事后毫無處置，粗疏輕率，致一被襲擊即成混亂之局，雖欲展開戰斗而不可能。為了維護統帥部的威信，2月24日，蔣介石親飛濟南部署善后，將失利原因推之于下屬，認為此次失利“全在于李仙洲司令官指揮部署之錯誤及其怕敵心理所造成”。他訓斥王耀武：萊蕪既已被圍，你為什么又要撤退，遭到這樣大的損失，你是不能辭其咎的；這次你選派的將領也不適當，李仙洲的指揮能力差，如派個能力好的人指揮，還不致失敗。（山東省、萊蕪市政協文史資料委員會：《萊蕪戰役紀實》，287、162頁，北京，中國文史出版社，1995；《一年來剿匪重要戰役之檢討》，39頁，軍官訓練團，1947；《文史資料選輯》第8輯，124—129頁。）為了對此次失利作出交代，徐州綏署主任薛岳被免去職務，成了替罪羊。3月3日，國民黨下令撤銷徐州與鄭州綏署，設立陸軍總部徐州司令部，由陸軍總司令顧祝同坐鎮徐州，統一指揮華東戰事，另設陸軍總部鄭州指揮所，由范漢杰擔任主任。

在魯南會戰之同時，國民黨軍在各個戰場的進攻均已漸趨停頓。在華北戰場北線，國民黨軍于攻占張家口后，繼續向南進攻中共晉察冀根據地，但到1947年2月，對易縣的4次進攻均未得手，進攻被迫停止。自5月起，中共晉察冀部隊重組野戰軍，由楊得志任司令員，羅瑞卿任政委，并連續發起正太、青滄、保北戰役，攻占了冀晉兩省交界處之要點娘子關，控制了正太路大部分路段，切斷了津浦路天津至濟南段和平漢路北平至保定段。在華北戰場南線，1946年12月，王仲廉指揮的整編第26軍和王敬久指揮的整編第27軍向冀南發起攻勢，一度逼近中共晉冀魯豫根據地的中心城市邯鄲。劉伯承、鄧小平指揮的晉冀魯豫野戰軍遂發起巨金魚戰役，出擊魯西南，調動國民黨軍自冀南回援，結束了冀南攻勢。此后，晉冀魯豫野戰軍發動局部反攻，在豫北迫使國民黨軍收縮到安陽、新鄉等少數孤立據點，在晉南則迫使國民黨軍收縮到臨汾、運城兩城。在東北戰場，自1946年6月停戰后維持了4個月的平靜局面，在10月被打破。杜聿明根據蔣介石的指示和東北國民黨軍兵力不足，并須顧忌蘇聯可能之反應等情況，制定了“南攻北守，先南后北”的作戰方針，先集中兵力進攻中共南滿根據地，解除北進的后顧之憂，再全力向松花江北的中共北滿根據地進攻。10月下旬，東北國民黨軍開始進攻中共南滿根據地，并于10月25日占領安東，11月2日占領通化，達到其攻勢的頂點。雖然中共南滿根據地的地域大大縮小，領導層內部對是否繼續堅持南滿根據地也有不同意見，但中共東北局認為堅持南滿意義甚大，可以使中共在東北仍能保有廣大土地與人口，并可使南北互相依存，使國民黨不能全力向北進攻，因此決定在東北實行堅持南滿、鞏固北滿、南打北拉、互相配合的作戰方針。中共派東北局副書記陳云兼任遼東（南滿）分局書記，領導南滿根據地的斗爭。從1946年12月中旬到1947年4月上旬，杜聿明先后派兵4次進攻中共南滿根據地，但在南滿根據地的堅持和北滿根據地的配合下，國民黨軍的進攻未達預期目的，由于兵力不足，至開春后其攻勢基本中止。

經過1946年7月至1947年2月的全面進攻，國民黨軍在向中共控制區推進的過程中，得到了占有地盤之收獲，但由于機動兵力的損失及轉用于守備，漸漸失去了兵力運用的優勢與便捷。隨著全面進攻的擴大及其暴露出的問題，國民黨軍前線指揮官對全面進攻的利弊得失有所檢討。11月15日，參謀總長陳誠主持國防部作戰會報，檢討軍事形勢，提出為爭取主動，應取戰略攻勢、戰術守勢、分區掃蕩的原則，先肅清蘇北、魯南地區，再準備解決劉伯承部主力，進一步再解決聶榮臻部。為此，陳誠專門飛往北平，召集華東、華北、東北各戰場主官于18—19日舉行秘密會議，總結戰爭開始以來國民黨軍進攻之成敗得失和經驗教訓。對于未來的作戰方針，陳誠歸納總結為四點：兵力轉用免化眾為寡，與空軍密切協同，發揮特種兵效用，各戰區協力。國防部和高級軍事將領在作戰檢討中認為，“國軍因受政略影響及局部狀況之誘惑，致將主力逐漸分散于各戰場，遂使主戰場之隴海方面，無法集注絕對優勢及精銳之部隊，以致進展遲緩”，建議今后“確實控制戰略要點，控置戰略機動部隊，迅速以圍殲匪之主力，不計其他點線得失”。（《中國人民解放軍全國解放戰爭史》第2卷，第263頁；《第二期軍事小組討論結論匯集》，軍官訓練團，1947。）