蔣介石的「御林軍」整編第74師被全殲，師長張靈甫被擊斃。
據被俘的該師報務隊隊長說，張靈甫被擊斃前幾分鐘，還向南京緊急呼救，蔣介石要他再堅持3個鐘頭，可是不到3分鐘他就被打死了。對於張靈甫的死，國民黨軍戰報中竟說是「慷慨成仁」。
國民黨軍第1兵團根據先後逃回臨沂的1個團長及少數官兵的口述，於5月19日寫出戰報，大體上反映了此役的基本過程和激烈狀況。戰報內容如下：
14日黃昏，整74師全部到達孟良崮後，以58旅佔領孟良崮，51、57旅兩旅則佔領東北麓及其附近村落。當夜，敵即跟隨進犯，四面包圍，激戰徹夜，短兵相接，敵我傷亡均極慘重。
15日拂曉前，敵軍陸續增加，不斷撲犯，槍炮如雨，火光衝天，雙方發射燃燒彈極多，我軍所處村落工事盡皆著火燃燒，戰鬥慘烈，素所未見，敵我傷亡枕藉乃至射擊孔為之堵塞。拂曉，萬泉山失守，敵部即猛攻雕窩高地，同時，東北麓方向之敵蟻聚麇集於其熾盛火力之下，逐波衝鋒，勢如潮湧。我軍退守山麓，步步相持。午間，垛庄方向竄到之敵第6縱隊，更沿西麓進犯，戰況更為緊迫。
15日午後迄夜間，敵軍更加迫近。我軍抵死搏鬥，反覆衝殺，彼我戰線犬牙相錯，戰鬥尤為激後飲料斷絕，渴不可支，體力漸弱，各種炮火以俯角全失，效力降低，且陣地毫無遮掩，全受敵方火制，而山地概系岩石，敵方射擊威力倍增，人馬損害更大，尤以我軍馬騾及雜役兵夫受敵炮擊驚擾奔竄，引起部隊混亂，致使掌握困難，敵軍因得自各方滲入。烈。因我軍完全保守山地，以16日拂曉後，敵軍逐步侵入半山，我佔領區域愈小，山嶺傾斜愈急，我飛機所投彈糧十九為敵所得。是時，我旅團以下無不受傷或陣亡。然我官兵無不義憤填膺，髮指眥裂，與敵作殊死戰，雖負傷再三，猶據山射擊，死而後已。午間，我僅據孟良崮、蘆山及600高地三點，敵軍四面突入，陷於混戰，迄午後4時則僅存孟良崮山頂，敵我相距數十公尺，我師長等人親率師部特務營之一部及各旅直官兵數百人奮呼格鬥，彈盡，繼以槍刃，刃斷之，以石。迄午後6時，敵我相距咫尺，我張師長、蔡副師長等人以其最後之一彈，慷慨成仁。是時，狂風驟起，雜以雨雹，慘烈之象誠足以驚天地而泣鬼神，我整74師全體官兵於此完成其壯烈犧牲盡忠報國之神聖職責。
17、18日等日負創離開山地時，自山頂以至山腳，屍骸委積，至於不能通行，山下溝渠亦為屍骸填滿，雨後流水盡赤，敵我傷亡當在七八萬雲。（《第一兵團蒙陰東南地區戰役戰鬥詳報》）