9月18日，华野攻城西集团从西、南、北3个方面包围了济南市区的商埠，并占领了飞机场；东集团一举攻占了扼守济南东南进口的茂岭山、砚池山、回龙岭等重要据点，迅速向纵深发展，迫近了外城。这就使国民党西守备区的总指挥、整编第96军军长吴化文的部队直接暴露在解放军攻击之下。吴化文如想顽抗到底，必将全军覆灭。
在此以前，争取吴化文起义的工作也在紧张进行着。吴化文，原为韩复榘手下将领，韩复榘被枪毙之后，改属孙良诚部。抗战期间，跟随孙良诚、孙殿英等人投降敌伪。抗战胜利后，被蒋介石派到济南，作王耀武的副手。
针对吴化文的情况，谭震林明确指出：吴化文出身军阀，在解放军强大军事压力下，起义或配合解放军行动是有可能的；要设法转告吴化文，济南一定能打下；并要求打入吴化文身边活动的共产党员李昌言，利用是吴化文妻子林世英的表弟的关系，抓紧做吴的工作，争取其早日行动；对吴化文要求不能太高，在我军临城下，叫他让出一条路，就算立了大功；要讲明政策，保证其生命、财产的安全，对其部属，起义后按解放军的待遇实行改编。李昌言接到指示后，想方设法对吴化文规劝开导，但均未奏效。谭震林毅然下令炮击吴部阵地，仅以20分钟就歼灭其一个营；李昌言趁机反复晓以利害，里应外合，吴化文动摇了。
在战斗间隙，吴化文跑到王耀武的司令部探听王耀武的态度。一进门吴化文就说：“司令，这样是不行的，老头子一个劲儿要我们死守，可是援兵连个影子都没有！我们战死了，对局势能有什么影响吗？”
王耀武本来就一筹莫展，蒋介石三番五次来电话
吴化文说：“那架飞机是中国银行的，刚才我亲眼看到，上面挤得密不通风，能不能安全起飞还是问题。”
王耀武强打精神，改变话题：“怎么你的队伍这样不中打！”
吴化文冷静地说：“今日之计，死守是万万不行的，我的部队只剩下3000多人了，他们说什么也不肯打了。”边说边解下皮带，连枪带弹搁在王耀武面前，“弟兄们不肯打，我自己也不想打了。司令认为我有罪，就请枪毙我，我绝不还手。”
王耀武叹道：“别说了，你去吧！今日之事，我比谁都清楚。可是，你的家眷没往南京送，我一家老小可都去了南京。”
吴化文说：“弟兄们明白司令的苦衷。我是诚心诚意地奉劝司令，蒋总统的做法实在行不通，望你三思而后行。”说完吴化文走了。
19日晚，吴化文召开所部团以上军官会议，阐明起义宗旨，成功地率3个旅举行战场起义。并向解放军移交阵地。20日，吴化文率起义部队集结于铁路以北及洛口以南地区，听候解放军的命令。25日，吴化文率所部第155旅旅长杨友伯、161旅旅长赵广兴、独立旅旅长何志斌向全国发表起义通电，表示：“今后誓当站在人民立场，坚决拥护中国共产党主张，服从中共中央毛主席、朱总司令与华东诸军政首长领导，在人民解放军的统一号令下，为坚决驱逐美国帝国主义的侵略势力，为彻底打倒国民党反动统治，完全解放中国人民而忠诚奋斗。”（《济南战役》，第282页）同日，吴化文率起义部队北渡黄河，到达禹城地区进行整编。