1月31日，南线敌军分三路开始北犯。2月3日进抵重坊、郯城、桃林一线。敌军的配置和行动计划是：左路为整编第11师、第59师、第64师共8个旅，由运河集、邳县地区沿沂河西岸向临沂进攻；中路为整编第74师、第83师及第7军（同整编师）共7个旅，由新安镇（今新沂）沿沂河、沭河之间的郯城、华埠向临沂进攻；右路为整编第25师、第65师及第67师（同整编旅）共6个旅，由沭河以东的城头、阿湖地区向临沂进攻。各路敌军兵力密集，互为策应，每一路都分别有精锐主力部队作为骨干，战斗实力相当强。
依据当面敌情，陈毅、粟裕于1月26日提出了集中50个团的兵力，先打南线敌人右路的初步方案。军委于27日复电同意。1月28日，军委来电指示：陈诚直接指挥之进攻将于不久发动，我军似以待具进攻再打为有利。31日又电示，国民党军日内即将进攻，我军方针似宜诱敌深入，不宜行动过早。
据此，陈毅、粟裕决心放手诱敌北进至临沂外围地区予以各个歼灭，同时作了保卫临沂的准备。2月3日，陈毅、粟裕向各部队下达了作战预备命令，拟定了在临沂及其以南地区作战的3个方案：
第一方案，如敌右路前进较快，即首先集中兵力歼灭整编第25师及整编第65师一部于郯城以东、东海（今海州）以西地区。这一路敌人的战斗力较弱，侧翼暴露，易于歼灭。
第二方案，如故左路前进较快，则首先集中兵力歼灭整编第11师于沂河以西的苍山地区。这一路敌人侧翼虽不暴露，但比较薄弱一些，容易打。
第三方案，如敌左右两路均前进迟缓，而中路突出时，即首先集中兵力歼灭整编第74师于沂河、沭河之间，郯城以北地区，这一路敌人战斗力较强，两翼又有掩护，不易就歼，但当它沿郯（城）临（听）公路冒进与其左打两路脱离较远时，也有可能予以歼灭。
这三个方案中，以第一方案为最好，这是基本方案，第二方案次之，第三方案可能较难实现。
在制定作战方案的当天，即2月3日，陈毅、粟裕就命令第3纵队从正面坚决抗击中路之敌，目的是要诱使敌左右两路突出，以利我军寻歼其中的一路。
但敌人也十分狡猾，不中我计，在我第3纵队对敌中路施加压力后，左打两路敌人不仅没有突出冒进，反而就地构筑工事，且有向中路靠拢之势。而北线之敌李仙洲集团已于当天分由明水、博山南犯，次日进占我莱芜、颜庄。看来，敌人估计我军必定固守临沂，决定按照其会战计划规定的作战方针，稳扎稳打，齐头并进，待北线李仙洲集团和两线王敬久集团逼近后，再同我军主力决战。
在此形势下，如何分割敌人，创造战机，成为突出问题。2月4日，中央军委来电指示，对南线之敌，要等候其进至郯城、临沂之中间地带（比较靠近临沂）时再打第一仗。电示强调：敌越深入越好打，我打得越迟越好，只要你们不求急效，并准备必要时放弃临沂，则此次我必能胜利。
中央军委关于必要时放弃临沂的指示，给陈毅、粟裕以很大启示。敌人逼我军在临沂地区决战，而我军有了“必要时放弃临沂”的准备，作战的回旋余地就大得多了。这时，陈毅提出了一个重要的设想：既然南线敌人重兵密集，战机难寻，而北线敌人孤军深入，威胁我后方，我们不如改变原定作战方针，置南线敌重兵集团于不顾，而以主力北上，以绝对优势兵力，歼灭北线之敌，陈毅让粟裕就此设想熟思。粟裕觉得陈毅的设想十分高明，并作了进一步的分析。从解放战争开始，在华东战场上，敌我双方都把作战重心放在南线。这次敌主要突击集团和我军主力也都集中于南线。中央军委的历次指示，都是要诱南线之敌北上，在临沂附近的适当地域寻机予以歼灭。陈毅、粟裕也是这样部署作战的。但是，从战场的实际情况看，出现了值得研究的重要因素：
第一，南线敌军麋集成堆，仪沂河、沭河之间宽约15—20公里的正面上，就摆了20多个团，而且行动谨慎，平推北上，不易各个击破。
第二，从兵力对比看，整个南线，敌有50多个团，加上守备陇海线和临城、韩庄地区之敌，共63个团，我军虽亦集中约60个团，但就敌我兵力、装备、物力诸条件综合比较，敌占优势，在不能给敌以大量消耗和实施分割包围的情况下，不宜过早地与其决战。
第三，北线之敌乘虚南下，伏击我侧背，威胁我后方，不能忽视，同时，与南线敌军比较，北线敌军兵力少，战斗力也相对弱一些，内部派系矛盾多，且孤军深入。李仙洲本人军事上是外行，没有什么同我军作战的经验，我军如将主力隐蔽北上，可对其形成绝对优势，有把握予以歼灭，敌既认定我军必固守临沂，我军突然北上，定可出敌不意。这样，我军就可以置敌南线强大兵团于无用武之地，既可避免不利决战，又可大量歼敌，粉碎敌南北夹击之图谋，解除敌对我后方的威胁，打通渤海、胶东和鲁中的联系。如果我军能歼敌三分之二，将便于今后集中更大兵力南下出击，向津浦线、向中原发展。
打北线之敌的最大顾虑是，在它发现我军主力北上时可能回缩，使我军扑空。但即使如此，我军还可乘势进击胶济路，打通鲁中、胶东、渤海三区的联系，然后休整部队，以逸待劳，从容迎击南线之敌，仍属有利。而且，我军在行动中还可以采取种种佯动措施，示形于南，击敌于北，迷惑敌人，特别是如临沂不守，就可能造成敌人的严重错觉。只要能争取到几天时间，北线之敌就难逃被歼的命运。
粟裕也考虑了南线之敌在我军主力北上后的可能动作。在北线解决李仙洲集团前，进占临沂之敌，很可能会认为我军无力再战，即沿临（沂）蒙（阴）公路北上，加速南北对进，妄图夹击我军；另一种可能是，由临沂西开向城地区，经枣庄、临城，向北打通津浦路，以图与济南南下之敌会师；也有可能由临沂东进，打通临沂与海州的联系。但敌南线与北线相距150余公里，敌西线王敬久集团一时也难以逼近，我军仍有较大的回旋余地，而且敌军无论是北进、西进或东进，都会改变其密集态势，造成兵力分散，利于我军尔后南下作战。
考虑了敌方的情况后，粟裕又对我军情况进行了认真分析。将作战重心突然北移，可能遇到的情况是：
第一，部队指战员对于大踏步远程北上作战没有思想准备。特别是打了胜仗以后还要大踏步后退，不容易想通。
第二，为供应和保障我20多万部队作战需要，粮草、弹药等大批物资已经从多方运集南线，一下子又要掉头随军远程北运，会给后勤、支前带来巨大困难，任务是极其艰巨的
粟裕将上述具体分析向陈毅作了汇报，陈毅听了十分高兴，认为分析得有理有据。同时，陈毅也征询了谭震林的意见，谭震林也立即赞同这个设想，前委其他同志也一致同意。
5日，华野司令部即将北上歼敌的作战预案急报中央军委。当时，陈、粟还考虑临沂是山东解放区的首府，在撒出临沂之前，如能给敌人以一个打击，在政治上将更为有利，在军事上也可起隐蔽我军作战意图的作用。因此，向中央军委提出了个作战方案：
第一方案，即以第2纵队进攻白塔埠、驼峰镇地区，发起讨伐叛军郝鹏举部的战斗，以振奋我军军威，打击敌人气焰，并乘势威胁海州，诱敌东援或北进（当时已估计到可能性不大），相机予以歼灭；
第二方案，如第2纵队的行动能吸引敌军东援或向临沂挺进，则除留1个纵队在临沂以南监视敌人外，主力集结于临沂以北休整以待敌之北进，再选歼敌机会；
第三方案，在第2纵队行动后，主力即北上作战，以1个纵队留在临沂地区伪装华野司主力与敌纠缠，主力则兼程北上，彻底解决北线之敌，进击胶济线，威胁济南，吸引南线之敌进至临沂以北山区或增援胶济线，而后我军再全力反击，伺机各个歼灭南线之敌。陈、粟在电报中侧重讲了北上歼敌的好处，提请中央军委考虑。
电报发出的第二天，2月6日，中央军委和******即复电批准了华野的北上作战方案。指出：“完全同意第三方案，这可使我完全立于主动地位，使******完全陷于被动。”并且提示陈、粟，为了迷惑敌人，我军应先在原地集结休整，对外装做打南面模样，同时，我渤海地区部队应停止攻击，以便使北线敌军放手南进，复电强调指出：“总之，先打弱敌，后打强敌，力争主动，避免被动。”
不难看出，莱芜战役作战方案的形成，是统帅部与战区指挥员集体智慧的结合。中央军委和******关于必要时放弃临沂的指示，陈毅舍南就北的作战方针的设想，华东野战军前委的作战方案的制定和部署，上下结合，互相启发，互相补充，一个切合实际的作战方案就形成了。
六、安定后方：讨伐郝鹏举
为了解除后方威胁，顺利在鲁中歼敌，我军决定首先发起讨伐叛军郝鹏举的战斗。
郝鹏举字腾霄，1903年生于河南省阌乡县城郝家巷（今属灵宝），河南省立第4师范学校毕业。十四五岁入西北军，经冯玉祥将军赏识培养，于1925年到苏联基辅军官学校炮科学习，因“反苏”被开除学籍，押解驱逐出苏联国境。郝回国后曾在四北军任团长、旅长，1929年蒋、冯、阎中原大战中投靠******后，任国民党鄂豫皖三省“剿匪”总部参议等职。1937年秋被任命为南京政府留日归国学生训练团少将教育长，因教育有方，得到******的赏识，郝被******任为胡宗南部中将参谋长。在西安任国民党中央战时下作干训第4团总队长期间，曾和一个团长的妻子刘琼勾搭成奸。1940年被胡宗南禁闭达333日之久，在此期间胡屡次欲杀郝，电******均未获准，刘琼与郝通奸在郝家生子后，与丈夫离婚，抱子赴重庆考入中央大学学习。
郝鹏举1941年在西安被关押时，是由胡宗南的警卫营营长刘伯扬负责管押。后经随郝多年的文书毕书文活动刘伯扬而得一同早潜逃过黄河。同年4月投南京奔大卖国贼汪精卫。郝历任汪伪第1集团军中将参谋长、军训部次长，1942年秋郝向汪建议设立伪中央将校训练团。汪精卫兼任团长，郝鹏举兼任中将教育长得到汪精卫的赏识。1943年春汪精卫为了进一步控制徐淮军政作为今后政治资本，决定派郝鹏举为徐淮特别区行政长官，兼保安司令。9月13日郝鹏举一到徐州任职，就立即一手抓政权，一手抓扩军，在短短的两年之中竞由一个警卫大队下属4个中队约500人，扩建到4个整师和几个直属团、营，约4万余人。1944年1月13日，南京伪中央决定设立淮海省，任郝鹏举为淮海省省长，兼保安司令，不久又成立伪徐州绥靖公署，郝兼任主任。
早在1942年，我邳睢铜地委（淮北区党委第三地委）就派地下党员石西岩、张梦达等人打入徐州伪军内部开展争取瓦解敌伪军工作和搜集军事情报。1943年10月，郝鹏举举办陆军干部训练班，我邳睢铜地委敌工部副部长廖卓之通过伪军团长高大牙的关系，将连指导员王坚一（后化名王剑一），营干部马文甫（后化名马恺鹏）派去参加训练班。半年后毕业，王坚一当上了伪纠察大队的副大队长，马凯鹏到伪军团政训处任主任，挂少校衔。原我地委宣传科副科长曹沛然，也被派到伪军王化歧处，当上尉书记长。这些同志在郝部下层积极做伪军官兵工作，讲明前途，晓以大义，为争取郝鹏举起义，做了大量工作，在下层官兵中产生了重大影响。
郝鹏举的伪军共有4个师，1师师长乜庭宾，2师师长张奇，3师师长曾继瑞，4师师长李铁民。这些人都是西北军的军官。1、2师是郝鹏举的主力师，比较有战斗力，争取这2个师的工作，便成为我军对敌工作的主要任务。
邳睢铜地委认真分析了情况，认为2师师长张奇为人比较正直，他对伪军的前途感到渺茫，整天忧心似焚，如果我军做工作，有争取的可能。于是在1945年1月，从淮宝县把敌工部长庄进调来，担任徐州工作委员会副书记，打进张奇师部，做张奇的秘书。通过一段时间的工作，张奇思想有了转变，倾向共产党，愿意弃暗投明，有会见共产党代表的愿望。庄进汇报了张奇的思想转变情况及他的要求。淮北区领导邓子恢同意派廖卓之以淮北军区，淮北区党委代表的身份与张会谈，有权答复张提出的各种问题和要求。张奇的师部驻在徐州云龙山旁，会谈地点在云龙山庙里，张奇开门见山询问廖当前局势怎样？廖将共产党、国民党、日本鬼子和伪军三种势力、三种前途作了分析后，说：“共产党由于代表人民，顺乎历史潮流发展，目前虽然势力不太强大，但最终必能统一全国；******国民党表面强大，实质腐败透顶，脱离人民，必然为人民所唾弃；日本鬼子灭亡已定，指日可待；伪军前途黑暗。”
廖一席话令说得张奇心服口服。
张奇激动地站起来说：“廖先生，你给我指出了一条新路。我是个军人，我保证坚决跟共产党干，粉身碎骨，永不变心。”
我党在争取了张奇后，决定再做1师师长乜庭宾的工作。乜庭宾曾进攻我冀鲁豫解放区，在湖西地区被我军俘虏过。被俘期间，我军对他很优待，经过做工作，他表示决不做反共反人民的事。根据乜的表现，为了搞好统战工作，我军就把他释放了。还放回了他的一些人和枪。他回去后，说是突围出来的，仍然当他的师长。
当时，我冀鲁豫区党委敌工部曾同他建立了关系。后来，冀鲁豫区党委就把这个关系介绍到淮北区党委，淮北区党委又把这个关系交给了徐州工作委员会。****徐州工委认真分析了当时与乜庭宾接关系的因此，决定派敌工干事柏寒同志到乜庭宾师去，当他的副官，进行试探。柏寒到职后，很得乜庭宾的信任。
1945年日本投降后，大约9月间，乜庭宾的师部移到徐州南15公里的三堡，靠近我肖铜县根据地。徐州工委书记赵卓如决定乘此机会前去面谈，直接做乜庭宾的工作。见过一面后，第二次再见面，双方谈得就比较融洽，赵卓如向乜庭宾谈形势，讲政策，分析国共两党的前途，指出了今后中国的命运。乜庭宾听了，频频点头，连称：“赵先生之言使我顿开茅塞。”接着他置酒款待。在酒席桌上，言谈更为坦率真诚。乜庭宾感叹地说：“我一介武夫，难得赵先生下教，是平生之万幸。如不嫌弃，就在舍下安歇，一来较为安全，二来早晚请教。”后来乜庭宾提出入党请求，赵卓如请示了邓子恢后，批准了乜庭宾为****党员。从此，乜庭宾就在我党领导下积极工作，并把重要情报及时设法送给我党我军，为争取郝鹏举起义做出了一定贡献。
我党在郝鹏举部队，不仅争取了2个师长，而且通过张奇，与郝鹏举的参谋长刘伯阳也建立了关系。从基层到师长，经过我党几年的工作，初步奠定了比较好的基础，为争取郝鹏举部起义创造了有利条件。