蒋介石的“御林军”整编第74师被全歼，师长张灵甫被击毙。
据被俘的该师报务队队长说，张灵甫被击毙前几分钟，还向南京紧急呼救，蒋介石要他再坚持3个钟头，可是不到3分钟他就被打死了。对于张灵甫的死，国民党军战报中竟说是“慷慨成仁”。
国民党军第1兵团根据先后逃回临沂的1个团长及少数官兵的口述，于5月19日写出战报，大体上反映了此役的基本过程和激烈状况。战报内容如下：
14日黄昏，整74师全部到达孟良崮后，以58旅占领孟良崮，51、57旅两旅则占领东北麓及其附近村落。当夜，敌即跟随进犯，四面包围，激战彻夜，短兵相接，敌我伤亡均极惨重。
15日拂晓前，敌军陆续增加，不断扑犯，枪炮如雨，火光冲天，双方发射燃烧弹极多，我军所处村落工事尽皆着火燃烧，战斗惨烈，素所未见，敌我伤亡枕藉乃至射击孔为之堵塞。拂晓，万泉山失守，敌部即猛攻雕窝高地，同时，东北麓方向之敌蚁聚麇集于其炽盛火力之下，逐波冲锋，势如潮涌。我军退守山麓，步步相持。午间，垛庄方向窜到之敌第6纵队，更沿西麓进犯，战况更为紧迫。
15日午后迄夜间，敌军更加迫近。我军抵死搏斗，反复冲杀，彼我战线犬牙相错，战斗尤为激后饮料断绝，渴不可支，体力渐弱，各种炮火以俯角全失，效力降低，且阵地毫无遮掩，全受敌方火制，而山地概系岩石，敌方射击威力倍增，人马损害更大，尤以我军马骡及杂役兵夫受敌炮击惊扰奔窜，引起部队混乱，致使掌握困难，敌军因得自各方渗入。烈。因我军完全保守山地，以16日拂晓后，敌军逐步侵入半山，我占领区域愈小，山岭倾斜愈急，我飞机所投弹粮十九为敌所得。是时，我旅团以下无不受伤或阵亡。然我官兵无不义愤填膺，发指眦裂，与敌作殊死战，虽负伤再三，犹据山射击，死而后已。午间，我仅据孟良崮、芦山及600高地三点，敌军四面突入，陷于混战，迄午后4时则仅存孟良崮山顶，敌我相距数十公尺，我师长等人亲率师部特务营之一部及各旅直官兵数百人奋呼格斗，弹尽，继以枪刃，刃断之，以石。迄午后6时，敌我相距咫尺，我张师长、蔡副师长等人以其最后之一弹，慷慨成仁。是时，狂风骤起，杂以雨雹，惨烈之象诚足以惊天地而泣鬼神，我整74师全体官兵于此完成其壮烈牺牲尽忠报国之神圣职责。
17、18日等日负创离开山地时，自山顶以至山脚，尸骸委积，至于不能通行，山下沟渠亦为尸骸填满，雨后流水尽赤，敌我伤亡当在七八万云。（《第一兵团蒙阴东南地区战役战斗详报》）