粟裕立即將上述種種想法向陳毅彙報。陳毅聽後，認為粟裕的分析有理有據，切實可行，且是一個戰鬥上的大膽創造，十分讚同。於是陳毅、粟裕決定：以5個縱隊擔任圍殲任務；以共4個縱隊擔任阻援任務。我軍的部署是：以第1、第8縱隊從敵整編第74師的左右兩翼迂回穿插，搶占蘆山，並會同由魯南兼程北上的第6縱隊斷敵後路，封閉合圍口；以第4、第9縱隊正麵出擊。5個縱隊協同圍殲該敵，具體任務區分是：第1縱隊（附獨立師）以1個師攻占蒙陰以東的曹莊，阻擊敵整編65師，主力從敵整編74師與整編25師的結合部楔入，割斷該兩師的聯係，阻擊敵整編第25師，並協同友鄰第6、第8縱隊攻占垛莊、蘆山，斷敵第74師退路，從敵左側後攻殲該敵；第8縱隊從敵整編74師與整編83師的結合部楔入，割斷該兩師的聯係，以有力一部阻擊整編83師，主力迅速攻占萬泉山，蘆山，與1縱隊溝通聯係，協同友鄰從敵右側後攻殲敵整編74師；第4縱隊攻占北樓以北山地，阻擊敵人繼續向垣埠進攻，爾後搶占孟良崮，協同友鄰向蘆山突擊，從正麵攻殲整編74師；第9縱隊首先控製坦埠及以南山地，堅決抗擊整編74師，爾後攻占雕窩，協同友鄰向蘆山突擊，從正麵攻殲整編74師；隱伏在魯南敵後的6縱隊，取捷徑兼程北上，在第1縱隊協同下攻占垛莊，斷敵退路，爾後協同友鄰攻殲整編74師。
我軍的阻援部署是：以第10縱隊鉗製萊蕪敵第5軍，阻其南援；第3縱隊進至新泰東南，阻擊新泰敵整編11師南援；第7縱隊配屬特縱榴炮團，阻擊河陽敵第7軍和整編48師北援；第2縱隊進至界湖、張莊集地區，保障第8縱隊左翼安全，並策應第7縱隊作戰。
特縱主力集結待命。魯南軍區地方武裝加強在臨沂及臨泰公路沿線敵之後方的襲擾、破壞。
戰役決定於12日黃昏發起。
為了及時了解戰場情況，便於準確適時地指揮作戰，陳毅、粟裕決定把野戰軍指揮部從東裏店前移到距第一線攻擊部隊最近的西王莊村。戰役開始，陳毅司令員在西王莊坐鎮，粟裕副司令員到坦埠前線負責戰場指揮。
九、一麵擋著“百萬大軍”，一麵剜出“上將首級”
在部署孟良崮戰役的作戰會議上陳毅司令員對這一仗的打法是這樣講道的：“集中優勢兵力，先打分散、孤立之敵，這是毛主席一貫的軍事思想。在敵人強大兵力展開進攻時，通常是打擊敵人的側翼有利，但是當敵人連續遭到這種打擊而防範嚴密，特別謹慎，同時中央之敵卻比較輕敵冒進，並疏忽大意，而我軍又在其附近隱蔽了相當兵力的情況下，采取一麵抗住援敵，一麵集中優勢兵力猛攻中央之敵的戰術，同樣可以達到戰役目的。這次圍攻敵整編74師，就是這種打法，這叫做‘百萬軍中取上將首級’”。
陳司令員講到這裏，看了一下會場上的反映，接著講道：“要取這顆‘上將首級’就要把這個‘上將’從‘百萬軍中’剜割出來，然後再攻上去；另一方麵還要擋住外圍敵人的增援，的確是一個十分艱苦的任務，必須經過一番苦戰。要把整編74師剜割出來，就需要一支部隊楔入敵人縱深，切斷整編74師和整編25師的聯係。野戰軍首長開始打算使用第8縱隊，考慮再三，擔心第8縱隊路程遠不大可能預期進入攻擊位置斷敵後路，而且第8縱隊很少擔任楔入敵人縱深，穿插分割的任務。於是譚震林副政委提出由1縱擔任這一任務。我和粟裕副司令員都表示讚同，覺得使用1縱較合適，因為1縱經常擔負穿插分割任務，較有經驗。”會議後，陳毅司令員單獨召葉飛去指揮部。粟裕副司令員給葉飛講了整個部署：第1縱隊為右翼迂回攻擊部隊，主力自舊寨以西楔入，割裂敵整編74師與整編25師的聯係，爾後配合友鄰部隊圍殲整編74師；並以一部阻住蒙陰敵整編65師東援。第8縱隊為左翼攻擊部隊，第9縱隊為左翼迂回攻擊部隊，與第8縱隊會師於垛莊，然後向孟良崮攻擊。第6縱隊自魯南進入垛莊、青駝寺之線，斷敵後路。第4縱隊於正麵，先阻敵北犯，待其它縱隊完成對敵迂回分割後，即合力向南出擊。其它部隊分別阻擊和拖住增援的敵人。隨後，粟裕又講了為什麼要使用第1縱隊的理由。
陳毅問葉飛：“怎麼樣啊？”