萊蕪戰役激戰3晝夜，殲滅李仙洲集團兩個軍、7個師（旅），斃傷10000人，俘虜46805人，其中中將2人，少將7人。繳獲各種口徑炮414門，輕重機槍1869挺，長短槍15700支，炮彈、子彈30多萬發，汽車56輛及大批軍用物資。我軍犧牲1459人，負傷7007人。戰後我軍收復周村、博山等13座縣城，控制了膠濟鐵路中段。這是華東解放戰爭中一次空前的勝利。2月23日陳粟譚向中央軍委報告萊蕪大捷的消息，次日毛澤東回電：「極為欣慰。」
萊蕪戰役是華東野戰軍繼宿北、魯南戰役後，轉入內線腹地進行的一次大規模運動戰。敵我雙方的統帥部和前線指揮員對戰役都作了精心籌劃，雙方都投入了所能夠集中的最大兵力。戰役以國民黨軍的慘敗而告終，最根本的原因是國民黨方面的戰略指導思想的錯誤。他們過分重視城市的得失，拘泥於「攻其必爭之地」，以為佔領了臨沂就是取得了勝利。而我軍則以消滅國民黨軍有生力量為目的，不計較一城一地之得失，毅然放棄臨沂，揮師北上，取得了戰役的主動權。
這是毛澤東、中央軍委決策的正確，也是陳毅、粟裕在戰役指揮中機動靈活的表現。陳毅戰後高度評價粟裕的指揮藝術，他說：「這證明了我軍副司令員粟裕將軍的戰役指導一直保持其常勝紀錄，愈出愈奇，愈打愈妙。」（《大眾日報》，1947年3月10日）
在圍殲李仙洲集團過程中，敵情曾發生四次重大變化。粟裕指揮若定，敵變我變，及時捕捉戰機，達到全殲的目的。這是華東野戰軍整編後各縱隊第一次協同作戰，大家克服困難，堅決執行總部命令，是戰役勝利的基本條件。
粟裕在戰役總結中對各縱隊的作用給予充分肯定，他說：「各兵團首長在山地作戰、通信聯絡困難及超越敵第一線作戰等條件下，能按照總的意圖，機動靈活，果敢堅決地完成了任務，也是決定這次勝利的重要原因。在各縱隊的配合上，第1縱隊最吃力，雖然繳獲不多，但在整個戰役中起了決定作用，應算第一功。第8、第9縱隊迅速解決敵第77師，打開戰場，使我能騰出兵力，功也不小。其他各縱隊都有功勞，如第10縱隊及獨立師在西北牽制敵之援兵，使我能安然解決萊蕪之敵；第6縱隊雖未全殲口鎮之敵，但在口鎮以南的一個師，堵擊向北突圍之敵，起了相當作用；第2縱隊雖未打到仗，卻切斷了敵向西南之退路；第4、第7縱隊初期雖未完成切斷敵第46軍退路的任務，但戰役後期堅決地完成了任務；第3縱隊的功勞也不能抹殺，如果沒有他們在南線鉗制敵人，我們也就不可能集中全力來解決北線之敵。」（粟裕：《關於萊蕪戰役初步總結報告》，1947年3月8日）
國民黨軍在萊蕪地區的慘敗，對國民黨是一次十分沉重的打擊，引起了黨政軍高級官員的嚴重恐慌。「張群說要尋找更好的辦法來恢複和談。張治中唉聲嘆氣，說如果和談沒有辦法，只好聽天由命。連美國大使司徒雷登也同意放出和談空氣，說要勸國民黨接受共產黨的兩個條件」，「王耀武寫給83師師長李天霞的信中說：萊蕪戰役，損失慘重，百年教訓，刻骨銘心。第74師師長張靈甫要求休整，並說：本師裝備不適合山地作戰。李天霞則屢次裝病請假要求不幹」。（粟裕：《萊蕪戰役初步總結》）
王耀武於1947年3月1日接見上海《大公報》記者說：「防守濟南我有把握，唯一年來之工作弄到如此地步，頗為『窩囊』。」
蔣介石在1947年3月國民黨三中全會講話中不再講「半年消滅中共」，而是說：「從現在起至9月，是或生或死的關頭」，不再保證沒有經濟危機，而是保證「經濟絕不會崩潰」。