1、以鲁中军区部队组成的第1路军,在该军区司令员王建安、政治委员罗舜初率领下,向济南及胶济铁路西段、津浦铁路济南至兖州段沿线的日伪军进攻。至8月底,先后解放临朐、莱芜、 益都、博山、 淄川、章丘、周村、新泰等城镇,切断了胶济铁路西段,从东南方向逼近济南市。
2、以滨海军区部队组成的第2路军,在该军区司令员陈士榘、政治委员唐亮率领下,分南北两线作战:南线向陇海铁路东段沿线的日伪军进攻,8月21日解放赣榆、青口,切断陇海铁路东段,逼近海州、连云港;北线向胶济铁路东段沿线的日伪军进攻,8月19日解放胶县,切断胶济铁路东段,保障了向青岛进军的第3路军的翼侧安全。
3、以胶东军区部队组成的第3路军,在该军区司令员许世友、政治委员林浩率领下,向胶济铁路东段沿线、胶东半岛沿海各城镇的日伪军进攻,至 8月26日解放牟平、威海卫、福山、石岛、龙口、招远、莱阳、黄县、蓬莱、烟台、即墨等城镇,突破崂山防线,攻占流亭机场,逼近青岛市。
4、以渤海军区部队组成的第4路军,在该军区司令员杨国夫、政治委员景晓村率领下,向津浦铁路济南至沧州和胶济铁路西段沿线的日伪军进攻,至 8月底解放寿光、临邑、 桓台、广饶、博兴、高苑、 昌邑、长山、邹平、青城、阳信、吴桥、临淄等城镇,切断胶济铁路中段,与第1路军会合,从东北方向逼近济南市。
5、以鲁南军区部队组成的第5路军,在该军区司令员张光中、政治委员王麓水率领下,向徐州东北外围地区及津浦铁路徐州至兖州段沿线的日伪军进攻,至8月下旬解放泗水、曲阜及台儿庄、官庄火车站,切断津浦铁路,攻占九里山,直逼徐州市。正当5路大军相互配合作战,取得重大胜利之际,日伪军于 8月底~9月中旬向解放区进犯。 先后夺占即墨、益都、 淄川、周村、王舍人庄、胶县和博山等城镇。9月初,山东军区根据中共中央和中央军委的指示,为粉碎国民党抢占大城市和交通干线的企图,修改了作战计划,调整了反攻作战部署,以一部兵力加紧袭击津浦铁路沧州至徐州段、胶济铁路、陇海铁路徐州至连云港段的日伪军,破坏其运输线;另一部兵力进攻残存于解放区城镇的日伪军。战至月底,先后解放诸城、日照、峄县(今枣庄市峄城)、临沂、平度、惠民、济阳、齐东、盐山、宁津、无棣、商河等城镇,歼灭了守敌。
山东军区部队经过一个多月的反攻作战,歼灭日伪军6万余人,解放了除铁路沿线以外的大片国土。