4月1日，国民党军各部开始进攻行动，首先打通了津浦路济南至兖州段和临沂兖州公路，为大兵团调动创造了条件；继由东进之欧震兵团于当月底先后攻占蒙阴、新泰，逼近集结于鲁中山地的华东野战军及其指挥中心。但国民党军各部此次行动均较为谨慎，大军麇集抱团，稳扎稳打，并不以一地之得失而轻易变更进攻计划，使华东野战军几次诱使对手犯错误的企图均未达成。尤其是担任正面主攻的汤恩伯兵团一直徘徊不前，一旦发现华东野战军对其稍有威胁，即调整部署，向后收缩，使华东野战军无法实现其一向拿手的分割围歼战法。中共中央军委因此指示华东野战军：“敌军密集不好打，忍耐待机，处置甚妥。只要有耐心，总有歼敌机会。”华东野战军遂将主力部队集结待命，同时以假动作迷惑国民党军，等待并创造作战时机。果然，当国民党军得到华东野战军“损失甚重，刻已北窜”的情报后，5月3日，蒋介石亲飞徐州、济南，部署汤恩伯兵团自南向北攻击莒县、沂水、坦埠一线，欧震兵团和王敬久兵团自西向东推进，配合汤兵团行动，以围歼鲁中山地的中共部队为战役目标。在蒋介石亲临部署督促之下，国民党军各部于10日开始全面进攻。汤恩伯令所部6个师（军）并行，自临沂、蒙阴公路上的垛庄经孟良崮向北攻击前进，以华东野战军指挥中心坦埠为攻击中心目标，其中整编第74师处于中心位置，其左翼为整编第25、65师，右翼为整编第83、48师及第7军。由于各部进展略有快慢之别，战线渐成弧形，又由于整编第74师的行动最为迅速，处于此弧形战线之弧顶位置。整编第74师战斗力较强，抗战时期在江西德安、上高和湖南常德会战中都有较好表现。部队为全美械，装备有榴弹炮、山炮、战防炮及各式迫击炮，火力强大，机动性强，合成战力水准及官兵素质在国民党军中堪称一流。自全面内战开始后，整编第74师在苏北与中共部队多次交手中都占了便宜，尤其是涟水作战，使中共部队受到较大损失，因此志满而骄，师长张灵甫刚愎自用，自信于己部之强大战力，不待友邻各部协同，即指挥整编第74师于12日进至坦埠南，独立展开攻击，与友邻两翼均拉开了一段距离，犯下了孤立轻进的致命错误。