整編第74師師長張靈甫遵照湯恩伯的命令，於11日由垛庄經孟良崮西麓向坦埠以西的楊家寨、孤山華野之9縱陣地進攻。
5月11日晚，粟裕得到9縱的報告，並對這一情報高度重視。
稍後，華野的情報部門獲悉了國民黨軍的作戰部署，又立即報給粟裕。粟裕以敏銳的眼光發現，殲滅敵人一部的戰機即將來臨。隨即便在司令部的作戰地圖前分析起敵情來。這時，司令部的其他同志都吃過晚飯了，但誰也不敢來勸粟裕副司令去吃。因陳老總有一明確規定：「粟總在地圖前構思殲敵方案時，任何人不準打擾！」
在地圖前，粟裕分析了情況，認為敵軍是在向我發動全線進攻。其部署顯然是以74師為主要突擊力量；在兩翼和後續兵團的掩護下，對我軍實施中央突破。其目的是要打擊在坦埠的華野指揮中樞，使我軍陷於混亂和包圍之中，便於其聚而殲之。
粟裕認為，敵軍的行動恰恰給我軍帶來了有利的戰機。在前一個月的作戰中，顧祝同的戰略是密集靠攏，行動謹慎，一打就縮，讓我軍很難捕捉。現在74師大膽突前，我軍應以反突破來對付敵人的中央突破，就近迅速調集幾個縱隊的兵力，切斷74師與其友鄰部隊的聯繫，徹底消滅74師。
74師能不能打？有沒有把握將其全殲？這是需要周密考慮的。粟裕又作了一番分析：74師是蔣介石手中的王牌，它全副美械裝備，經過美國軍官訓練，具有相當的指揮、戰術、技術水平，是蔣介石嫡系中的精銳之師。把它殲滅了，將給敵人實力上、精神上予以最沉重的打擊。74師是我軍的死敵，解放戰爭以來，敵軍對我華東的數次進攻，常常以74師打頭陣，曾先後搶佔我淮陰、漣水，我軍亦多次尋殲該敵，均因未遇有利戰機而未能得手。此次如能將該師殲滅，對我軍指戰員必是一個極大的鼓舞。
從兵力對比看，進攻魯中山區的一線敵軍在120公里的距離內，一字長蛇陣擺了8個整編師，多數部隊距離74師只有一兩天路程，25、83師靠得更近。我軍有9個縱隊，兵力不佔優勢，但是74師中央突破，進入我軍主力集結的正面。我軍不需要大的調整，即可局部形成五比一的絕對優勢。74師雖然是強敵，但也有弱點。他們的重裝備在山區受地形限制，不能發揮威力，原來強大的一面就相對削弱了。而且74師十分驕橫，與其他部隊矛盾很深，在我們圍殲74師時只要堅決阻援，其他敵軍不會奮力救援。
考慮成熟，粟裕顧不上吃飯，馬上向陳毅彙報。他胸有成竹地說：「軍長，敵整編74師已經形成孤軍深入之勢，我想以猛虎掏心的辦法，從敵戰鬥隊形中央入，切斷74師與其友鄰的聯繫，並將其乾淨、全部消滅掉！」
「要得，說說看。」陳毅顯得很興奮。
粟裕接著說：「對於這個設想，我主要有以下考慮：第一，74師是蔣介石的王牌，也是我軍的死敵，打掉它，既給敵當頭一棒，又使我軍受到極大鼓舞；第二，我軍現在態勢極為有利，局部兵力可形成我敵五比一的絕對優勢，只要縝密部署，完全能夠殲滅該敵；第三，74師狂妄驕橫，傲視一切，與其他蔣軍矛盾甚多，其他敵軍不會奮力援救；第四，孟良崮山區交通和地形不利於重裝備行動，敵人由強變弱；第五，我軍歷來先打弱敵，這次先打位於中間的王牌，必會出其不意，攻其不備，大奏奇效。」
陳毅聽後十分高興，大聲說：「好！我們就是要有從百萬軍中取上將首級的氣概！」