为了不给敌人调整部署和加修工事的时间，我军乘敌人惊慌和调动混乱之际；对外城发起攻击。此时，攻城以西线为重点的目的已经达到。适应这一情况，我在战役指挥上，强调充分发挥东、酉兵团的钳形攻势的作用，实行东西对进。我东、西兵团二十二日十八时三十分，向外城发起总攻。经过一小时激战，从多处攻入外城，与敌展开巷战，战至二十三日，我占领外城大部，逼近内城。
此时，王耀武认为我军经过七昼夜连续作战．“伤亡重大”，“疲惫不堪”，至少进行三至五天的休整，才能进攻内城。他打算利用这一空隙，调整内城的部署，加修巷战工事，并用炮火猛轰外城，破坏我军进攻内城的准备工作。
蒋介石一面严令徐州集团加速北援，一面令空军出动大批飞机，对我占市区日夜进行轰炸，并投掷大量燃烧弹。炸毁和烧坏了大量民房。
为了乘胜迅速全歼敌人，并减轻敌人对城市的破坏，发挥我军特有的不怕伤亡，不怕疲劳，善于连续作战的特长，我们决心立即于当天<二十三日)晚上，向内城发起总攻，彻底消灭顽抗之敌，结束济南战役。总攻的部署是：东兵团从东面突破城垣，消灭内城东半部守敌；西兵团从西面突破城垣，消灭内城械西半部之敌；十纵队为总预备队；东、西兵团的山炮和野炮进入外城，直接支援突击部队作战；榴弹炮配置于外城之外，压制敌人炮火和杀伤其有生力量。
内城是济南敌人的核心阵地。城墙高十二米，厚十至十二米，护城河宽五至三十米，水深二至五米。王耀武妄图依托这一核心阵地，作最后挣扎。
二十三日晚六时，我各炮群一齐开火，经过一个小时猛烈射击，各突击部队在护城河上架桥，扑向城墙，守敌拚命抵抗，战斗异常激烈。我东兵团第九纵队第七十九团一部首先从东门南侧登上城墙与敌肉搏，但因架设在护城河上的桥被敌炮火打断，后续部队中断，巳登上城墙的部队，经过一个多小时的激战，全部壮烈牺拄。西兵团十三纵队之第一ｏ九团，也于同时从西南角突破，两个营奋勇登上城头。
与敌人反击部队在突破口展开激战。经过两个多小时的拼搏，除第三连与第九连冲入城内，占领少数房屋抗击敌人外，其余部队大部分伤亡，突破口又被敌人封住，第一次攻城受挫。
在此紧要关头，我攻城集团的指挥员冷静、沉着地分析了敌我情况。当时，敌人四道防线已失，内城之敌十分慌乱，我攻城集团许多团营建制尚为完整。于是毅然决定组织第二次攻击。各级指挥员和政工人员分别到主要突击方向，进行深入有力的政治动员．帮助基层干部调整战斗组织，对突破点的情况做了反复研究，并重新作了部署，更严密地组织了炮火、爆破、突击三者之间的协同和后续部队的跟进。
二十四日二时二十五分，东兵团九纵队之七十三团，首先突破成功，占领了城东南角，巩固了突破口，把“打到济南府，活捉王耀武”的旗帜插在城头东南角的气象台上。拂晓时，东兵团主力进入城内与敌展开激烈巷战．西兵团十二纵队第一一o团，在一o九团在城内坚持战斗的两个连的接应下，从城西南角再次突上城墙，控制了突破口，掩护西兵团主力源源进入城内。
我入城部队东西对进，直逼伪省政府。王耀武见失败已成定局，把指挥权交给参谋长罗辛理，自己化装潜逃。黄昏时，我军攻占伪省政府，全歼内城守敌。济南战役胜利结束。
在攻城外战中，我军始终控制着强有力的预备队，用轮番使用兵力，边打边准备，边打边补充，连续突击，猛打猛追，不给敌人喘息和整顿的机会，并使敌人判断错误，措手不及，指挥失调。
