整編第74師是一塊帶著骨頭的肥肉，要「啃」掉它，實施「猛虎掏心」的戰術，關鍵是要把整74師從顧祝同和湯恩伯所布的陣勢中「掏」出來，造成一種有利的態勢，方可奏效。
為此，5月12日7時，華野正式下達了殲滅敵整編第74師、第25師的作戰命令，並於次日報告中央軍委。命令中，陳毅、粟裕決定以5個縱隊擔任圍殲任務，以4個縱隊擔任阻擊援敵任務。具體部署是：
第一、以第1、第4、第6、第8、第9縱隊擔負主攻任務。其中以第1、第8縱隊分別從整74師的東西兩翼迂迴穿插，割斷它與左右鄰的整25、整83師的聯繫，搶佔黃斗頂山、北桃墟、界牌、垛庄和依汶庄、磊石山等要點；以第6縱隊由銅石星夜兼程東進，搶佔垛庄，阻截整74師向臨蒙公路撤退；第4、第9縱隊在第1、第8縱隊入敵兩側後，分別迅速自坦埠及其以北地區由北向南、由東北向西南攻擊，與第1、第6、第8縱隊合力圍殲整74師。
第二、以第2、第3、第7、第10縱隊就原態勢牽制和阻擊附近的國民黨軍。
第三、特種兵縱隊除以榴彈炮團配屬第7縱隊外，主力在戰役發起後，西進至坦埠東南之下位一帶，待命參戰。
第四、魯南軍區地方武裝，隨第6縱隊右側向整83師側後出擊，截斷青駝寺至臨沂的公路，並以一部襲擾臨沂近郊，牽制敵人。
作戰任務下達後，華東野戰軍士氣旺盛，情緒高昂，官兵們提出了一個響亮的口號：「殲滅74師，活捉張靈甫。」1縱司令員葉飛聽說有仗打，馬上趕到華野指揮部受領任務。粟裕向葉飛交代了穿插任務和路線，葉飛表示願意承擔任務，但部隊確實太疲勞，思想準備不足。陳毅說：「你們的任務很艱苦，責任重大，如果你們任務完不成，整個戰役部署就完不成了。我們把獨立師調來加強1縱，你就有4個師的兵力了。1縱戰鬥作風是好的，是可以信賴的。」葉飛再沒二話，受領任務就返回部隊。（《葉飛回憶錄》第28章）
王必成的6縱當時隱蔽在百里之外的費縣銅石鎮，接到野戰軍指揮部的命令，6縱幹部戰士頓時興奮起來。6縱政治部進行戰鬥動員時說：「74師是我們的死對頭，我們為了殲滅他，不知跑了多少冤枉路。去年一次已經布置好了打他，因為情況變了便宜了他。我們來到山東，他也趕來了。今天是『仇人見面，分外眼紅』，他自己送上門來了，再不好好收拾他，更待何時？今天是我們報仇雪恨的機會了！」全縱連夜出發，以急行軍的速度向74師的後方基地垛庄趕去。