9月18日，華野攻城西集團從西、南、北3個方面包圍了濟南市區的商埠，並佔領了飛機場；東集團一舉攻佔了扼守濟南東南進口的茂嶺山、硯池山、回龍嶺等重要據點，迅速向縱深發展，迫近了外城。這就使國民黨西守備區的總指揮、整編第96軍軍長吳化文的部隊直接暴露在解放軍攻擊之下。吳化文如想頑抗到底，必將全軍覆滅。
在此以前，爭取吳化文起義的工作也在緊張進行著。吳化文，原為韓復榘手下將領，韓復榘被槍斃之後，改屬孫良誠部。抗戰期間，跟隨孫良誠、孫殿英等人投降敵偽。抗戰勝利後，被蔣介石派到濟南，作王耀武的副手。
針對吳化文的情況，譚震林明確指出：吳化文出身軍閥，在解放軍強大軍事壓力下，起義或配合解放軍行動是有可能的；要設法轉告吳化文，濟南一定能打下；並要求打入吳化文身邊活動的共產黨員李昌言，利用是吳化文妻子林世英的表弟的關係，抓緊做吳的工作，爭取其早日行動；對吳化文要求不能太高，在我軍臨城下，叫他讓出一條路，就算立了大功；要講明政策，保證其生命、財產的安全，對其部屬，起義後按解放軍的待遇實行改編。李昌言接到指示後，想方設法對吳化文規勸開導，但均未奏效。譚震林毅然下令炮擊吳部陣地，僅以20分鐘就殲滅其一個營；李昌言趁機反覆曉以利害，裡應外合，吳化文動搖了。
在戰鬥間隙，吳化文跑到王耀武的司令部探聽王耀武的態度。一進門吳化文就說：「司令，這樣是不行的，老頭子一個勁兒要我們死守，可是援兵連個影子都沒有！我們戰死了，對局勢能有什麼影響嗎？」
王耀武本來就一籌莫展，蔣介石三番五次來電話要「固守待援」，但能守得住嗎？一聽吳化文的抱怨，他還是安慰吳：「別談這個，別談這個，剛才有一架飛機降落，我們還來得及撤退！」
吳化文說：「那架飛機是中國銀行的，剛才我親眼看到，上面擠得密不通風，能不能安全起飛還是問題。」
王耀武強打精神，改變話題：「怎麼你的隊伍這樣不中打！」
吳化文冷靜地說：「今日之計，死守是萬萬不行的，我的部隊只剩下3000多人了，他們說什麼也不肯打了。」邊說邊解下皮帶，連槍帶彈擱在王耀武面前，「弟兄們不肯打，我自己也不想打了。司令認為我有罪，就請槍斃我，我絕不還手。」
王耀武嘆道：「別說了，你去吧！今日之事，我比誰都清楚。可是，你的家眷沒往南京送，我一家老小可都去了南京。」
吳化文說：「弟兄們明白司令的苦衷。我是誠心誠意地奉勸司令，蔣總統的做法實在行不通，望你三思而後行。」說完吳化文走了。
19日晚，吳化文召開所部團以上軍官會議，闡明起義宗旨，成功地率3個旅舉行戰場起義。並向解放軍移交陣地。20日，吳化文率起義部隊集結於鐵路以北及洛口以南地區，聽候解放軍的命令。25日，吳化文率所部第155旅旅長楊友伯、161旅旅長趙廣興、獨立旅旅長何志斌向全國發表起義通電，表示：「今後誓當站在人民立場，堅決擁護中國共產黨主張，服從中共中央毛主席、朱總司令與華東諸軍政首長領導，在人民解放軍的統一號令下，為堅決驅逐美國帝國主義的侵略勢力，為徹底打倒國民黨反動統治，完全解放中國人民而忠誠奮鬥。」（《濟南戰役》，第282頁）同日，吳化文率起義部隊北渡黃河，到達禹城地區進行整編。