整编第74师是一块带着骨头的肥肉，要“啃”掉它，实施“猛虎掏心”的战术，关键是要把整74师从顾祝同和汤恩伯所布的阵势中“掏”出来，造成一种有利的态势，方可奏效。
为此，5月12日7时，华野正式下达了歼灭敌整编第74师、第25师的作战命令，并于次日报告中央军委。命令中，陈毅、粟裕决定以5个纵队担任围歼任务，以4个纵队担任阻击援敌任务。具体部署是：
第一、以第1、第4、第6、第8、第9纵队担负主攻任务。其中以第1、第8纵队分别从整74师的东西两翼迂回穿插，割断它与左右邻的整25、整83师的联系，抢占黄斗顶山、北桃墟、界牌、垛庄和依汶庄、磊石山等要点；以第6纵队由铜石星夜兼程东进，抢占垛庄，阻截整74师向临蒙公路撤退；第4、第9纵队在第1、第8纵队入敌两侧后，分别迅速自坦埠及其以北地区由北向南、由东北向西南攻击，与第1、第6、第8纵队合力围歼整74师。
第二、以第2、第3、第7、第10纵队就原态势牵制和阻击附近的国民党军。
第三、特种兵纵队除以榴弹炮团配属第7纵队外，主力在战役发起后，西进至坦埠东南之下位一带，待命参战。
第四、鲁南军区地方武装，随第6纵队右侧向整83师侧后出击，截断青驼寺至临沂的公路，并以一部袭扰临沂近郊，牵制敌人。
作战任务下达后，华东野战军士气旺盛，情绪高昂，官兵们提出了一个响亮的口号：“歼灭74师，活捉张灵甫。”1纵司令员叶飞听说有仗打，马上赶到华野指挥部受领任务。粟裕向叶飞交代了穿插任务和路线，叶飞表示愿意承担任务，但部队确实太疲劳，思想准备不足。陈毅说：“你们的任务很艰苦，责任重大，如果你们任务完不成，整个战役部署就完不成了。我们把独立师调来加强1纵，你就有4个师的兵力了。1纵战斗作风是好的，是可以信赖的。”叶飞再没二话，受领任务就返回部队。（《叶飞回忆录》第28章）
王必成的6纵当时隐蔽在百里之外的费县铜石镇，接到野战军指挥部的命令，6纵干部战士顿时兴奋起来。6纵政治部进行战斗动员时说：“74师是我们的死对头，我们为了歼灭他，不知跑了多少冤枉路。去年一次已经布置好了打他，因为情况变了便宜了他。我们来到山东，他也赶来了。今天是‘仇人见面，分外眼红’，他自己送上门来了，再不好好收拾他，更待何时？今天是我们报仇雪恨的机会了！”全纵连夜出发，以急行军的速度向74师的后方基地垛庄赶去。