濰縣位於膠濟路中段，係連接膠東、渤海、魯南的重要樞紐，號稱“魯中堡壘”。駐有敵整編45師4個團及6個保安團，加上土頑和還鄉團等，共4．7萬餘人。濰縣周圍數十個縣、鎮的地主、惡霸及反動武裝，均蝟集該地。濰縣分為東城和西城，俗稱“雙城”。城防工事迭經日、偽、蔣10多年修築和改建，構成以西城為核心、3道防線的半永備型防禦體係。濰縣守敵第96軍軍長兼整編45師師長陳金城自詡濰縣堅不可摧，“固若金湯”。
我軍決定打濰縣是為打濟南作準備的重要一著。打下濰縣，我們就能全部控製橫貫山東全境的鐵路交通大動脈——膠濟路，這就好比摧折了濟南之敵的一條主要臂膀，山東戰場的敵人將不得不退縮到濟南至徐州的狹窄地域內，陷於窮途末路的困境之中。攻克濰縣，我膠東、渤海、魯南三個解放區得以完全連成一片，會有力地促進解放區的政權建設和工農業生產的發展，支援人民解放戰爭的力量將大大增強。
4月2日，濰縣戰役發起了。渤縱會同魯中部隊首先東進，實施對外圍敵人的分割和對濰縣城的包圍。隨後我山東兵團主力東進參戰。各部先後攻占二十裏堡、九龍山、鳳凰山，控製飛機場，切斷濰縣與濟南、青島之間的空運聯係，並繳獲飛機兩架。接著又占領坊子。此後，我攻城部隊晝夜不停開展土工作業，挖掘交通壕，隱蔽接敵。有的交通壕挖了2—3公裏長，一直伸展到城下壕溝邊。
戰役期間，敵人出動60多架飛機，輪番向我陣地轟炸、掃射。由於我人馬均在交通壕內行進，減少了傷亡。敵人的地麵炮火一響，我強大的炮兵一頓猛轟，就把敵人的炮火壓住了。敵人煞費苦心設置的多道複雜附防禦工事-，被我軍從地下掘壕前進，完全破壞。敵人將我主力消耗於外圍的企圖，化為泡影。
4月14日夜，我9縱攻占北關。渤縱、魯中部隊於18日占領南關。此後，我各部在前沿停止攻擊，輪換部隊，轉入敵前練兵，實施近迫作業，緊張地進行攻城的直接準備工作。根據西城守敵的具體情況和攻城部隊的攻堅能力，許世友決定以9縱在北垣擔任主攻，渤縱、魯中部隊在南關助攻配合。
在對西城發起總攻的前夜，為了麻痹敵人，許世友又施出“欲擒故縱”之計，命令前沿部隊向後收縮一步。愚蠢的敵人果然中計，以為我軍連戰疲憊，放棄攻城。濰縣守敵興高采烈，王耀武居然在濟南召開慶功會，慶賀“濰縣解圍”。
就在敵人忙於祝捷狂歡之際，我山東兵團於4月23日晚，以迅雷不及掩耳之勢，向西城發起強攻。戰鬥異常激烈，它是我軍指戰員革命英雄主義的一曲震撼人心的頌歌。24日零時21分，我9縱27師79團8連9班副班長欒子明抱起第一包炸藥，像箭一般衝向了城牆。這時，敵人用機槍、步槍瘋狂射擊，大批的手榴彈向城下飛來，我們的戰土卻全然不顧，他們熟練地架起炸藥包，拉響了導火線，把城牆頂部炸了一大塊。敵人又用火力拚命封鎖爆炸點。在這關鍵時刻，8連連長曲日平命令用火力壓住敵人，掩護9班長連續送上了第二包、第三包炸藥，包包爆炸成功。接著，爆破組長王發鈞、戰士宋文章又抱起第四、第五包炸藥向城牆衝去，城牆上被炸開了二三米寬的大豁口。
緊接著，擔任突擊任務的8連1、2排，高舉紅旗，在3營營長王誌學的率領下，朝突破口猛撲過去。劉庸亭不顧傷痛，迅速架起梯子，一班長王玉萊第一個衝上城牆，副連長孫義成把紅旗插上了城牆頂。8連、4連很快登上城牆，並迅速拿下了2號突出部。城內和城頭上的敵人，連續組織5次反撲，均被我英勇的戰士打垮。這時，我9連也殺上城來，占領了3號突出部。3時許，5連也登上城牆。天亮後，陳金誠調集了大量部隊，在6架飛機和密集炮火的掩護下，向我軍陣地猛撲過來，我們的戰士用機槍、步槍迎擊。有的子彈打光了，就和敵人拚刺刀，展開肉搏戰。5連在連續打退敵人的多次反撲後，全連隻剩下三十幾人和兩幢房子的陣地，連、排幹部大部分犧牲或重傷，一直堅持了20個小時，牢牢守住了陣地，直到大部隊進入城內。
在異常緊急的關頭，為了支援79團登城部隊，9縱命令25師73團白天強攻登城。24日13時30分，73團冒著敵人瘋狂的火力壓製，一鼓作氣，白天強攻登城獲得成功。進城後與敵人展開巷戰。渤縱與魯中部隊也由城南相繼突破。南北兩路密切協同，直搗敵指揮機關。
我軍控製西城後，兵團首長作了總攻東城的部署：9縱主力依托西城為主攻部隊，26師由城北佯攻，並準備聚殲逃敵，西海部隊由東城外向西打，魯中部隊由南向北打，形成四麵合圍之勢。經過一晝夜準備，26日黃昏，在暮色的掩護下，我軍開始向東城發起總攻。當晚，25師於慶城門以南，27師於慶城門以北，兩麵進行強攻；26師於東城以北佯攻，西海部隊於東城東麵牽製，魯中部隊也於城南發起攻擊。擔負主攻任務的9縱27師79團，在發起攻擊之後，冒著敵人的槍林彈雨一氣突過白浪河。炸開城牆，登上了東城的城頭。接著，我軍各攻城部隊相繼人東城。