月20日华东第8、第9纵队主力于21日在和庄地区，以伏击手段，歼灭了由博山开往莱芜归建的第73军第77师。其余各纵队经两日激战，将李集团指挥所及第73军主力和第46军全部包围于莱芜城。
2月23日晨，李仙洲率第46、第73军向口镇方向突围。华东野战军布置袋形伏击阵地，有意放其突围，并将新赶到的第2纵队部署在蒙阴寨西北地区，防止李集团向西南逃跑。
上午10时，李集团先头部队进至芹村、张家洼一线，遭第6纵队顽强阻击。12时，当李集团后尾刚撤离莱芜城时，第4纵队即以一部占领该城，切断其退路;同时，第1、第7纵队由西向东，第4、第8纵队由东向西，展开猛烈攻击，大胆穿插，分割围歼。
李仙洲集团进退无路，混乱不堪，激战至17时大部被歼，李仙洲被俘。第73军军长韩浚率1000余人逃至口镇，会同新编第36师余部逃向博山，途中被第9纵队歼灭，韩浚被俘。
此役历时3天，歼灭国民党军1个“绥靖区”指挥所，2个军部，7个师，共5.6万余人，乘胜解放了博山、淄川等13座县城，使渤海、鲁中、胶东解放区连成一片，打破了国民党军南北夹击的计划。
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