莱芜战役激战3昼夜，歼灭李仙洲集团两个军、7个师（旅），毙伤10000人，俘虏46805人，其中中将2人，少将7人。缴获各种口径炮414门，轻重机枪1869挺，长短枪15700支，炮弹、子弹30多万发，汽车56辆及大批军用物资。我军牺牲1459人，负伤7007人。战后我军收复周村、博山等13座县城，控制了胶济铁路中段。这是华东解放战争中一次空前的胜利。2月23日陈粟谭向中央军委报告莱芜大捷的消息，次日毛泽东回电：“极为欣慰。”
莱芜战役是华东野战军继宿北、鲁南战役后，转入内线腹地进行的一次大规模运动战。敌我双方的统帅部和前线指挥员对战役都作了精心筹划，双方都投入了所能够集中的最大兵力。战役以国民党军的惨败而告终，最根本的原因是国民党方面的战略指导思想的错误。他们过分重视城市的得失，拘泥于“攻其必争之地”，以为占领了临沂就是取得了胜利。而我军则以消灭国民党军有生力量为目的，不计较一城一地之得失，毅然放弃临沂，挥师北上，取得了战役的主动权。
这是毛泽东、中央军委决策的正确，也是陈毅、粟裕在战役指挥中机动灵活的表现。陈毅战后高度评价粟裕的指挥艺术，他说：“这证明了我军副司令员粟裕将军的战役指导一直保持其常胜纪录，愈出愈奇，愈打愈妙。”（《大众日报》，1947年3月10日）
在围歼李仙洲集团过程中，敌情曾发生四次重大变化。粟裕指挥若定，敌变我变，及时捕捉战机，达到全歼的目的。这是华东野战军整编后各纵队第一次协同作战，大家克服困难，坚决执行总部命令，是战役胜利的基本条件。
粟裕在战役总结中对各纵队的作用给予充分肯定，他说：“各兵团首长在山地作战、通信联络困难及超越敌第一线作战等条件下，能按照总的意图，机动灵活，果敢坚决地完成了任务，也是决定这次胜利的重要原因。在各纵队的配合上，第1纵队最吃力，虽然缴获不多，但在整个战役中起了决定作用，应算第一功。第8、第9纵队迅速解决敌第77师，打开战场，使我能腾出兵力，功也不小。其他各纵队都有功劳，如第10纵队及独立师在西北牵制敌之援兵，使我能安然解决莱芜之敌；第6纵队虽未全歼口镇之敌，但在口镇以南的一个师，堵击向北突围之敌，起了相当作用；第2纵队虽未打到仗，却切断了敌向西南之退路；第4、第7纵队初期虽未完成切断敌第46军退路的任务，但战役后期坚决地完成了任务；第3纵队的功劳也不能抹杀，如果没有他们在南线钳制敌人，我们也就不可能集中全力来解决北线之敌。”（粟裕：《关于莱芜战役初步总结报告》，1947年3月8日）
国民党军在莱芜地区的惨败，对国民党是一次十分沉重的打击，引起了党政军高级官员的严重恐慌。“张群说要寻找更好的办法来恢复和谈。张治中唉声叹气，说如果和谈没有办法，只好听天由命。连美国大使司徒雷登也同意放出和谈空气，说要劝国民党接受共产党的两个条件”，“王耀武写给83师师长李天霞的信中说：莱芜战役，损失惨重，百年教训，刻骨铭心。第74师师长张灵甫要求休整，并说：本师装备不适合山地作战。李天霞则屡次装病请假要求不干”。（粟裕：《莱芜战役初步总结》）
王耀武于1947年3月1日接见上海《大公报》记者说：“防守济南我有把握，唯一年来之工作弄到如此地步，颇为‘窝囊’。”
蒋介石在1947年3月国民党三中全会讲话中不再讲“半年消灭中共”，而是说：“从现在起至9月，是或生或死的关头”，不再保证没有经济危机，而是保证“经济绝不会崩溃”。