16时，城内守敌见大势已去，开始由新东门和老东门分路向东南突围。我军除以重炮火力追击外，七纵十九师和二十师各一部又协同十三纵三十七师、三十八师作战，猛追穷寇。敌退出新东门之后，虽有万余人的兵力，并有泗河堤岸阵地可守，但已陷于溃败之势，不能进行有组织的抵抗。16时半，敌军突围先头部队已过泗河铁桥，我第十师，二十师和三十九师早在泗河东岸布下天罗地网，待敌人全部进入伏击圈内，我军从两翼突然发起攻击，将敌人主力围击于堡子，胜利街、杨家行一带。敌一部窜至粉店、牛厂、西郭家村后，被一一七团截歼，另一部窜到刘家楼，被一一六团三营歼灭。至20时，守城敌军2．8万人全部就歼，守城将级军官中除十绥区中将司令李玉堂只身化装潜逃外，其余8名均被生俘。
阻援打援
在我山东兵团调整部署，决心攻占兖州时，即将第九纵队集结于兖州以北，准备歼击济南援敌：鲁南军区部队集结于兖州以南，阻击徐州方面援敌；渤海纵队仍于济南以东钳制。根据当时战局分析，此时南面徐州之敌正西援豫东作战，难以抽出兵力北援，如要解兖州之围，十之八九要由济南分兵来援。山东兵团首长命令九纵尽快做好一切打援准备。九纵领导干部亲临现场勘察地形，选择大汶口以南齐家庄、太平镇一带作为战场。为了隐蔽作战意图，部队后撤至泅水一线待机。
果然不出所料，济南守敌王耀武见兖州李玉堂，霍守义频频告急求救，又恐兖州一旦失守，将使济南受到极大威胁，即决定派整编第八十四师师长吴化文率领一五五旅，一六一旅及整编第二师二一一旅南下增援兖州。吴化文为保存实力，日进仅一二十里。兖州被围的李玉堂，霍守义日夜盼援，望眼欲穿，王耀武对吴化文部不顾大局、拖延应付无可奈何，不得不向其主子求救。******给吴写下亲笔信，催促他迅速前进。吴化文虽经再三催促，仍缓缓而行。至7月13日，其一六一旅始渡过汶河到达齐家庄，太平镇一带，进入我伏击圈内。傍晚前后，下起了淋淋小雨。九纵指战员连夜冒雨急行军100余里，兵分3路涉水波汶河北上，断敌后路。当夜，王耀武得知兖州已被我攻克，急电吴化文部火速返济。吴化文一反南下时那种拖拖拉拉的作风，率部掉头飞速向济南逃窜。九纵冒雨神速出击，抢占有利地形，以主力向运动之敌猛烈进攻。敌阵势混乱，各自夺路逃命。我截住一六一旅，一五五旅一个团和师部炮兵营，乘敌混乱之际，拦头截尾，两翼夹击，穿插分割，猛打猛冲，至7月15日战斗胜利结束，计歼敌1．1万余人，缴获野炮7门，山炮8门，满载弹药的汽车100余辆。
津浦路中段夏季攻势，自5月29日开始至7月15日结束。
我军攻占了兖州这一津浦路中段的战略要地，共歼敌63600余人，其中俘敌44700余人，毙伤敌18900余人，解放了兖州、济宁，汶上，宁阳、曲阜，邹县、滕县，肥城，泰安，新泰，泗水、章丘等12座县城，控制了津浦路徐济段350多公里的铁路线，铁路两侧2万多平方公里土地上的人民获得了解放，并使济南完全孤立。在我主力出击津浦路中段的同时，胶东，渤海、鲁中，鲁南地区的地方武装，民兵，武工队，在保卫麦收，配合作战的攻势中（5月至7月），亦作战708次，歼灭地方土杂反动武装2万余人。至此，山东腹地与鲁西南解放区已联成一片。
人民支前
华东战场攻克兖州，取得津浦线徐济段夏季攻势的彻底胜利，除党中央、中央军委的英明领导，各战场的协同进攻，广大指战员的英勇作战外，山东解放区尤其是鲁中南人民，在各级党和政府的直接领导下，全力以赴，支援前线，也是胜利的重要原因之一。
在津浦线徐济段夏季攻势开始前，华东局4月9日调整，充实、加强了山东省支前委员会，任命华东局委员，省府秘书长郭子化为主任，刘瑞龙，冯平、朱****，梁竹航为副主任，下设政治部，人力部，民站部、粮食部，经理处，秘书处、前方办事处等办事机构。华东局财办为及时调拨民工，粮食，物资，更好地配合部队搞好后勤供应，决定在山东兵团设立前方办事处，并在各纵队、师，团设立了特派员。各地区成立了支前司令部，县成立了支前指挥部，各村成立了支前生产委员会，从上到下建立健全了支前工作的专门领导班子和指挥系统。支前委员会及其办事机构的主要任务：一是同野战军保持密切联系，沟通、接洽各项支前任务，直接领导各地支前工作，二是负责制订民工民兵调拨、粮食供应和各项战勤计划，指挥民工民兵完成运输和各项战勤任务，管理好民工的食宿，医疗、工具修理等项事宜，三是负责民工民兵的动员、教育，调出、复员及伤亡人员的安置、抚恤，制定和掌握调用民工民兵的权限、数量和各种规章制度，四是调用、配备和管理好支前干部，建立健全坚强有力的干部队伍，带领广大民工民兵完成各种艰巨复杂的支前任务。
为了动员山东解放区党、政、军、民的一切力量支援前线，****山东分局和山东省政府都召开了会议，全面布置了津浦线夏季攻势和攻兖打援的支前工作。为搞好思想发动，各级党组织重视联系当地群众遭受蹂躏的悲惨事实对群众进行活生生的教育。例如邹县枣园村共有93户，470口人，1947年敌人重点进攻时，全村各家的粮食全被抢光，仅有的8头牛、11头驴、80多只羊也被拉走，数百只鸡，鸭、30多头猪均被宰杀吃光。经过诉苦活动，大大提高了广大群众的阶级觉悟，使他们懂得了只有在共产党的领导下，推翻国民党的反动统治，才能获得翻身解放。全村54个整半劳力，全部报名参加了支前。为了妥善组织好生产救灾和支前工作，省府明确提出了“生产节约，度过灾荒，节衣缩食，减轻人民负担”的“十项要求”，颁布了《八大禁令》，发出了全力支援津浦路徐济段夏季攻势的******，要求做到“生产、支前两不误，一切为了前线的胜利”。山东的党政军民，团结一致，一手抓生产救灾，一手抓支前参战。各地在战前既有领导地抓紧夏收夏种，又结合整顿基层政权组织，战役一开始，则全力投入支前。第一批民工动员任务完成后，接着转入主要抓好夏收夏种和准备下一批的支前任务。为调剂民力，还注意了掌握战区和非战区人民负担大体平衡，并创建了“常备民工制”。由于采取了正确的政策和措施，充分调动了山东广大人民生产、支前的积极性。
按照党中央、中央军委和华东局的部署，为夺取津浦线徐济段夏季攻势的胜利，山东解放区的人民全力以赴，支援前线，“要人有人，要物有物”。为抓好支前工作的具体组织工作，全省抽调了数千名干部奔赴支前第一线。各级党政主要领导干部率先垂范，带领群众积极支前。
在人力动员方面。津浦线夏季攻势共出动直接参加支前的民工1530530人。鲁中一专署5月25日至6月20日，仅25天时间，前方即调用民工4000人，后方调用47856人。沂蒙区各县在夏季攻势发起后的两个多月中，有3万民工支前，其中随军常备民工即达9815名。鲁中南四地委在津浦线徐济段作战期间，野战兵团调用担架1800副、9000人，挑323600人，小车1500辆，3000人，其中常备担架1350副，6750人，常备挑子1500副、1500人，地方兵团调用担架800副，挑工560人，共用民工164353人。为了充实兵员，在“拿枪保田”的号召下，山东解放区出现了许多“父母送子女”，“妻子送丈夫”，“兄弟相争”踊跃报名参军的动人情景。在这次战役中，鲁中南还有百万人民参加了后勤工作。处在战区的泰安、滋阳，曲阜，邹县，滕县等地的青壮年男子大都上了前线，广大妇女发挥了半边天的作用，和老人、儿童担负起坚持生产和碾米，磨面，做军鞋、照顾伤员等战勤服务的重担。
在粮食供应方面。津浦线夏季攻势前后，参战吃粮人数为14．5万余人，每天需用粮36万斤（后方医院，伤员转运及运粮民工不含在内）。山东共出粮1728万斤，出动运粮民工3万余人。仅据沂蒙区统计，即有9815名民工参加运粮，共运粮食172万余斤。部队攻兖打援时，泰安动用小车1100辆，连夜完成了往泗水运粮20万斤的任务。滋阳县是个新区，接到支前任务后，********翟厚仁和县长刘明立即从县委、县府抽调30多名干部日夜到各乡村调拨粮草。该县在战役****出动民伕13286人，大车1201辆，小车4772辆，就地征运支援部队秋粮14万斤，夏粮104万余斤，马料72万余斤。兖州战役期间，鲁中南调出夏粮（小麦）9．87亿斤，秋粮（谷子）41．9万余斤，马料7．44亿斤，总共17．3亿余斤。为了早日把粮食运到部队，鲁中民工团一独轮车推四五百斤，沂北县民工张增有一车装到516斤。邹县在一个半月中即动员小车114辆，挑子110副，常备民工350名，短期小车2705辆，民工7750人，共运粮食121万多斤。
转运伤员方面。山东共组织了13920副常备担架，27840名民工，1925副临时担架，9625名临时民工，转运伤员。渤海一分区担架团一营一连九班13个人，途中两名队员生病，他们不仅减人不减担架，而且“减人增担架”，组织3人合伙一次抬两副担架。一次转运伤员时遇上敌机轰炸扫射，他们仍安全地把伤员送到医院。因事迹突出，13人个个立功受奖。民工们不顾劳累运送伤员，舍生忘死救护伤员，无微不至地关心伤员。胶东北海民工转运伤员时遇上敌机扫射，排长曹星一和民工李良爱趴到伤员身上，以自己的身体掩护伤员。他们说：“同志，打不死俺就打不死你。”运送途中，经过不同的地形时，民工们采取不同的姿式和方法，尽量做到平，稳，快。有的民工用嘴给伤员吸痰，有的民工用自己的饭瓢、茶缸给伤员接大小便，还有许多民工为伤员输了血。在实践中，山东军民创造了从战区至后方伤员接力转运的经验，并在全军介绍推广。
清剿散敌方面。津浦路徐济段夏季攻势期间，山东各地充分发挥了民兵联防组织的作用，村村设岗，处处放哨，昼夜巡逻，配合部队和地方武装布下天罗地网，堵截溃敌，看押俘虏。攻兖打援时，有数万民兵参战，出动大批民兵打扫战场。泰宁民兵配合地方武装于茅茨村北山，剿灭大汶口战斗中漏网散兵34名，缴获轻机枪3挺、步枪25枝。新泰、莱芜民兵，配合地方武装围剿了藏匿于莲花山、雁翎关一带的匪特16人。新泰羊流、翟镇两区民兵配合地方武装，在两区内搞联防，清查出匪特9名。凫山地方武装挺进津浦路西之邹（县）西、滕（县）四、济（宁）东三角地带，主动配合解放军清剿敌特，摧毁反动统治，建立民主政权。在一个月中取消了380多个村的旧政权，建立了民主政权。郭里集、羊绪，石墙等反动乡公所武装被全部击溃。凫山地方武装共收缴国民党军步枪460余枝，子弹1．1万余发，缴获粮食29车，剿俘敌1000余人。临城地方武装、民兵于收复滕县次日（7月3日），进入津浦路西，收复夏镇，驩城等国民党军主要据点，并且剿灭了逃匿于微山湖的残敌。兰陵县左庄区中队和民兵，包围了峄城以东左庄保公所和龙王庙，俘12人，缴获枪枝弹药一宗。
山东人民全力支前，在兖州战役中作出了重大贡献，建立了不朽的历史功绩。兖州战役的胜利，充分反映了人民战争的巨大威力。