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，很快将其包围全歼。
陈毅听到了胜利的消息时，重重地一屁股坐了下来道：“嗨呀，这三天三夜总算是熬过来了！”遂下令各个纵队迅速脱离战场，后撤到坦阜一带修整解除战后的疲劳。当然，那些榴弹炮之类的先进武器可是一件也没有留下。
共军前脚刚走，国军的各大增援部队就杀到了垛庄和孟良崮，那时大雨倾盆，将沾满了战火硝烟和鲜血的孟良崮冲刷得干干净净，一切和战前一样，好像什么也没有发生过。要不是他们听到看到74师和共军的恶战，说什么也不会相信那么一支号称国军王牌的御林军三万人马三个旅九个团的武器装备转眼之间就人间蒸发了？想想这些，人人心惊胆战不寒而栗，担心这样命运何时会光临到自己的头上。汤恩佰慌忙下令各部就地修筑工事，防止共军再出什么新花招儿。其实，粟裕的兵马早已在坦阜美美地睡大觉了，才懒得答理这帮惊弓之鸟呢。
蒋介石获悉74师全军覆没，极为震惊。这是他自发动内战以来“最为痛心，最为惋惜的一件事，是无可补赏的损失”（蒋介石在南京为张灵甫追悼会语），遂在玄武湖边为张灵甫立碑以示纪念表彰。在随后召开的国防部会议上撤去了汤恩伯的兵团司令之职，黄百韬，李天霞救援不力，当军法从事。黄百韬自知难逃惩罚，勇敢承担责任，表示愿承担一切责任，并力陈张灵甫骄傲自大，不听从黄百韬的指挥，轻敌冒进，擅自行动的错误。他在会议上侃侃而谈，大讲特讲他为了救援张灵甫而付出了一万余人伤亡的事实。使参加会议的所有人当然包括了蒋介石都认为黄百韬是尽了自己的最大努力，因而蒋介石只给了他个撤职留任的处分。而对于临阵逃脱的李天霞则被撤去了军职并送交军事法庭审判。
孟良崮一战，粟裕所领导的华东野战军全歼国军整编第74师及李天霞第83师的一个团，其中毙伤一万三千，俘虏两万。粟裕付出的代价是阵亡两千，负伤九千，合计一万一千。双方比例几乎是一比一。与前文所述的莱芜战役不可同日而语，可见这次战斗的激烈程度。对于那两万多的74师俘虏，粟裕遣散了所有排级以上的干部，剩余士兵全部收编分散在各个纵队，让战士们认真学习74师的优越战术技巧。