8月中旬，晉冀魯豫野戰(zhàn)軍出擊隴海鐵路開封至徐州段作戰(zhàn)，打亂了國民黨軍對解放區(qū)進攻的南線部署。下旬，國民黨軍統(tǒng)帥部匆忙從陝南、豫西追堵中原軍區(qū)突圍部隊的兵力中抽調3個整編師，從淮南、徐州等地抽調1個軍和2個整編師，加入冀魯豫戰(zhàn)場，連同原在鄭州、新鄉(xiāng)、商丘等地的8個整編師，共14個整編師32個旅約30萬人，企圖"優(yōu)勢兵力鉗擊晉冀魯豫野戰(zhàn)軍主力於隴海路以北定陶、曹縣地區(qū)，佔領魯西南，然後打通平、漢鐵路(北京至漢口)。

爲此，國民黨**主席蔣介石派國防部長白崇禧、參謀總長陳誠到開封督戰(zhàn)，令鄭州"綏靖"公署主任劉峙到考城、民權前線指揮。其部署是:以鄭州"綏靖"公署所屬整編第68、第55師各1個旅及暫編第4縱隊1個支隊由蘭封至商丘一線進攻曹縣，整編第3、第47師自封丘分兩路進攻定陶及其以北地區(qū)，整編第41師由封丘進攻東明;以徐州"綏靖"公署所屬第5軍和整編第11、第88師共5個旅的兵力，由虞城至徐州一線進攻魚臺、豐縣、城武(今成武);另以13個旅在安陽、新鄉(xiāng)及其以東地區(qū)佯動，以4個旅和2個保安支隊位於隴海鐵路開封至商丘段維護後方交通。

晉冀魯豫野戰(zhàn)軍司令員劉伯承、政治委員***分析徐州一路中雖有所謂國民黨軍"五大主力"中的兩個軍，但非主攻方向;鄭州一路只有整編第3、第47師戰(zhàn)鬥力較強，如能殲其1個師或2個師大部，即可打破敵之進攻。我軍士氣高昂，有根據地人民的大力支援，只要充分利用敵人弱點，積極刨造戰(zhàn)機，實行集中兵力，各個殲敵，是可以粉碎其進攻的。

因此，決心從豫北遇第2縱隊來定陶地區(qū)參戰(zhàn)，集中4個縱隊5萬餘人，4倍於敵的兵力，準備首先誘殲整編第3師(轄第3、第20旅)於定陶以西韓集地區(qū)，爾後視情況再殲整編第47師一部或大部。

部署是:以第2縱隊(欠第4旅)和第6縱隊主力共5個旅爲右集團，以第3縱隊(欠第9旅)和第7縱隊共5個旅爲左集團，集結於定陶縣城西南地區(qū)，準備分割圍殲整編第3師;以第6縱隊兩個小團採取運動防禦，消耗、遲滯整編第3師，將其誘至預定戰(zhàn)場;以第3縱隊第9旅1個團和冀魯豫軍區(qū)第5軍分區(qū)部隊阻擊整編第47師，擴大其與整編第3師的間隔;以第3縱隊第9旅2個團和冀魯豫軍區(qū)第5軍分區(qū)1個團位於曹縣以南，阻擊整編第68、第55師等部;以冀南軍區(qū)獨立第4旅牽制整編第41師}以冀魯豫軍區(qū)獨立旅和第3軍分區(qū)部隊位於城武地區(qū)阻擊第5軍等部。

9月2日，整編第3師在第6縱隊2個團的節(jié)節(jié)阻擊下，傷亡1500餘人，進佔秦砦、桃園地區(qū)。整編第47師進佔黃水口、呂砦地區(qū)。此時，劉峙將整編第3、第47師會攻定陶的計劃，改爲整編第3師進攻菏澤，整編第47師進攻定陶，這樣該兩師的間隔即由原來的7.5至10公里擴大到10至12.5公里。

而其餘各路國民黨軍分別被阻於東明西南、曹縣以南和單縣、城武以東地區(qū)，距整編第3、第47師達40~100公里。劉伯承、***當即決定乘徐州、鄭州兩路敵軍鉗形攻勢尚未合攏，整編第3師已經疲憊，且與整編第47師間隔加大之機，於3日晨放手誘整編第3師冒進，並將戰(zhàn)場由韓集西移大楊湖地區(qū)。

待整編第3師進入預定戰(zhàn)場後，右集團主力向南，一部由東向西攻擊;左集團先楔入整編第3、第47師之間，然後主力由南向北攻擊整編第3師，一部向南阻擊整編第47師。

3日下午，整編第3師第3旅被誘至大黃集，師部進至天爺廟，第20旅進至大楊湖;整編第47師進至三丘店、常路集以南。23時30分，晉冀魯豫野戰(zhàn)軍左右兩集團突然對整編第3師發(fā)起攻擊，首先把攻擊重點指向較弱的第20旅，同時以一部兵力佯攻和牽制其師部和第3旅。

4日，整編第3師在飛機、坦克配合下頑強抵抗，晉冀魯豫野戰(zhàn)軍僅殲其3個營。整編第3師師長趙錫田發(fā)覺已陷入重圍，緊急求援。劉峙令其他各師馳援。

4日，整編第47師企圖由南面向整編第3師靠攏，被第3縱隊阻於桃園地區(qū);其餘各師亦向整編第3師增援。5日，晉冀魯豫野戰(zhàn)軍向整編第3師發(fā)起全線猛攻，戰(zhàn)至6日晨，於大、小楊湖地區(qū)全殲其第20旅，重創(chuàng)第3旅，並進逼其師部。

中午，整編第3師師部與第3旅殘部向南突圍，晉冀魯豫野戰(zhàn)軍於秦砦附近地區(qū)將其全殲，俘趙錫田。整編第3師被殲滅後，國民黨軍各路援軍即向考城、蘭封方向撤退。晉冀魯豫野戰(zhàn)軍抓住有利戰(zhàn)機，於7日對整編第47師從側後展開猛烈卷擊，經1天激戰(zhàn)，全殲其2個旅。

同時，追擊整編第41、第55、第68師，8日上午又殲其約1個團。至此，鄭州方向國民黨軍的進攻被挫敗，徐州出犯的國民黨軍仍被阻於城武地區(qū)。定陶戰(zhàn)役歷時5天，晉冀魯豫野戰(zhàn)軍殲滅國民黨軍1個整編師師部、4個旅共1.7萬餘人，其中俘1.2萬餘人。

這一勝利，連同中原軍區(qū)部隊突圍的勝利和蘇中大捷，對整個解放區(qū)的南部戰(zhàn)線起了扭轉局面的重要作用。此役共產黨成功從國民黨手中奪來了山東地區(qū)魯西北魯西南地區(qū)的領導控制權，並且殲滅了國民黨主力，俘獲了兩個國民黨的中高級將領，打擊了國民黨士氣，還繳獲了60萬顆子彈和三門挺機炮，756門重型機槍等寶貴的軍用物資，還有部分國外進口的軍需物資裝備，爲後來的戰(zhàn)略反攻成功奠定了物質基礎。

正在蔣介石一籌莫展之際，趙繼統(tǒng)卻被蔣夫人請了過去，不過不是在黃埔路國民**國防部大院內的官邸（又名憩廬），而是位於中山陵內小紅山上著名的美齡宮。正式名稱爲“國民**主席官邸”，曾被美國大使司徒雷登譽爲“遠東第一別墅”。