華東野戰軍前委，在得到整編第46師於17日再佔新泰的報告後，認為殲滅李仙洲集團的條件已經成熟，遂於2月18日下達圍殲李仙洲集團的戰字第四號命令：
第一、情況（略）
第二、根據上述情況，決定仍本既定之方針，集全力首殲北線之敵，而後或乘勝擴張戰果，或南下聚殲由臨沂北援之敵，則視當時情況決定。此戰役之第一步計畫求得全殲73軍及頑李仙洲總部，第二步再解決伸進新泰之頑46軍（整編第46軍舊番號）為目的。
第三、各部具體部署及任務如下：
以1縱（欠獨立師）、8、9縱全部11個團的兵力，擔任殲滅萊蕪之頑李總部及73軍軍部、15師、77師等部之任務，統一歸許世友、王建安指揮。戰鬥分界線：1縱擔任吐絲口經萊蕪至顏庄沿公路線以西（線上不含）地區頑外圍據點之攻擊；8、9縱擔任沿公路線（含）以東地區頑外圍據點之攻擊；外圍頑敵肅清後，即以全力由東向西，由西向東合擊萊蕪城。
6縱隊戰鬥開始時，以一個較強師取捷徑直插和庄而佔領之，並選要塞築工事對博山之敵警戒，並擔任阻擊博山可能來援之頑12軍及第8軍部隊。該縱其餘部隊（5個團）以迅速之動作殲滅吐絲口之頑新36師師部及一個團而佔領之；此任務達成後，除以一個團控制該地外，縱隊率其餘部隊即東移和庄地區，準備打擊博山可能來援之敵。
10縱及獨立師（13旅）統一歸宋時輪、肖望東指揮，戰鬥開始時以搶佔錦陽關為首要任務。得手後選要點構築工事對北警戒；其餘主力即擔任殲滅上有庄之頑新36師所屬之一個團，並乘勝繼續解決北嶺子之敵，以策應我6縱對吐絲口之攻擊。
4縱隊以全力殲滅顏庄之敵193師並佔領之。
7縱隊於戰鬥開始時，除以有力一部佔領顏庄之葫蘆山等有利陣地鉗制46軍之北援外，其主力集結於雙泉山東南地區為總預備隊，準備於必要時向北參加殲擊博山來援之敵，待2縱隊到後其對46軍之鉗制任務由2縱隊接替。
2縱隊務於20日晚趕到蒙陰寨西北及東北地區，以一個師控制蒙陰寨以北，接替7縱對46軍鉗制任務，其縱隊司令部率一個師即進至蒙陰寨西北地區，以一部控制九龍山，其主力集結九龍山以西地區，切實對頑46軍偵察警戒，如該頑逃竄時，該縱應不失時機予以堵截，以便主力回師殲滅之。如46軍未逃竄，則該縱應準備於第二步配合友軍殲滅之。
四、戰鬥分界線
蘆城、東盤龍、北毛庄（含）線以南屬中路，以北屬右路。北十字河、徐家峪（含）線以北屬左路，以南屬中路。
五、以上部署，各縱務於19日晚運動，距敵人三十里之地區隱蔽集結，對頑區封鎖消息，做好一切攻擊準備。但不應過於突出，以免暴露自己企圖。決定20日（哿）晚10時發起戰鬥。運動開進之情況及當面頑敵之動態應逐日向本部報告。
六、本部指揮所戰鬥開始時移駐鐵車附近，與中、右路保持有線電話聯繫，左路戰鬥開始時以無線電台聯絡，戰鬥開始後應經由右路司令部盡量與本部溝通有線電話聯絡為要。
命令下達後指揮部考慮到需要加強打援力量，遂令第6縱隊全力攻擊吐絲口，並配合第10縱隊打擊可能自明水來援之敵；調第9縱隊控制博山以南，全力對付可能自博山來援之敵。就在李仙洲集團在萊蕪、新泰地區往返調動之際，華東野戰軍己完成了戰役展開，實現了對李仙洲集團的戰役合圍。
2月19日，王耀武發現解放軍主力北移，特別是發現萊蕪以西、以東均有部隊集結，加上幾個被俘國民黨兵逃回告密，更加判明解放軍進攻新泰、萊蕪的意圖。遂當機立斷，再次調整部署：「19日，情況益趨緊張，為顧慮兵力過於分散被匪各個擊破計，乃獨斷處置，立令整46師迅速集結顏庄，佔領樓里、龍山及其東西之線，73軍佔領萊蕪城及其以南山地，準備作戰」，「本部因鑒於當面情況之危急，為便於作戰指揮掌握計，改將112軍（欠新36師）調至張店、明水一線擔任鐵道守備，而將96軍之12師推進到文祖鎮，協同新36師維護明水至吐絲口補給線，77師由張店經博山向吐絲口歸制。」（王耀武：《關於臨沂戰役戰鬥詳報》）
華東野戰軍總部，針對敵情變化，亦相應調整部署：著第4縱隊及第8縱隊一個師協同第1縱隊，攻殲萊蕪地區之第73軍；第8縱隊（欠1個師）調和庄協同第九縱隊伏殲南下歸建的第77師，其他部隊任務不變。