滿載著74師後續部隊的運輸機在濟南上空直盤旋，無法降落，只好掉頭飛回徐州。
東郊丟失了主要陣地，西郊機場又危在旦夕，王耀武心急如焚。然而，直到這時，他還是無法搞清解放軍的主攻方向，究竟是在東還是在西，只覺得兵力不夠用。
在南京的蔣介石得知山東兵團對濟南城進行猛烈攻擊，立即命令徐州“剿總”副司令杜聿明指揮第2 兵團火速經魯西南北援，第7 、第13兵團向徐州集結，從津浦路北上增援。
粟裕獲悉蔣介石的這一行動後，立即命令阻擊兵團進入阻擊地帶，準備給北上之敵以迎頭痛擊。可是，杜聿明從情報偵察得知華野重兵以待，一直不敢輕易冒進增援，直到濟南戰役結束時，在徐州附近的杜聿明集團第2 兵團也只向前推進了幾十裡，便倉皇撤回，而第7 、第13兵團還沒有集結完畢。
就在王耀武求援無門時，守衛濟南城西的吳化文部整編第96軍正在醞釀起義之事。19日傍晚，粟裕收到一封急電：“96軍軍長吳化文可能在今晚舉行起義，華野應作出安排。”
粟裕看過電報，對陳士梁說：“吳化文起義一事，原已有情報，但至今遲遲不動。據上封電報所說情況，可能他真的要行動了。我意，第一，將此情況即刻報告軍委；第二，請鍾期光同志明天趕赴10縱，協同10縱和3 縱的同志做好這一工作。向吳化文提出，要他的部隊離開戰場，並將他們的陣地交給我們，開到黃河北集訓。第一步可先到章丘、梧臺一線集結待命。總之，要離開戰場為宜。最初他們不要提出過高的要求。這樣，即使南線發生情況，我也便於應付，不影響我之作戰。吳部起義後的經費暫時維持現狀，爾後按我軍待遇執行。如能俘獲王耀武等要員者，可給以獎賞。”
粟裕稍事停頓又補充說：“還應當向軍委請示幾個問題：”一、該部起義時可能提出名義，請軍委指示；二、該部集結位置究竟安在什麼地方？三、請華東局派人到該部掌握軍隊，以利今後之改造；四，起義後之經費問題等。這一切請軍委速示。“
9 月20日清晨，粟裕起床後，立即擬電給攻城集團10縱、3 縱、廣縱和山東兵團的軍政首長：如吳部昨晚確起義，則我應乘機向商埠及城區猛攻，以擴張戰果。著令兩廣縱隊（包括野特團），即向北開加人對濟南之作戰，等待使用，由宋（時輪）劉（培善）統一指揮之。但附屬該縱之野政特營，則應南開歸建。直到現在，南面援敵尚無動作。因此，決定調葉飛縱0 人濟南作戰。
不久，傳來吳化文於19日夜帶領著96軍兩萬多人起義的訊息。
吳化文的撤防，猶如黃河決口，解放軍剎那間奔湧而來，勢不可當。王耀武猝不及防，驚慌失措，著急地喊道：“發報，向南京，向徐州發報。吳化文率部投共，濟南腹背受敵，情況惡化，可否一舉向北突圍。”
電報一發出，王耀武又後悔，對參謀長羅辛理說：“突圍並非總統本意，且有喪我軍固守信心。唉！不該，真不該！”
略鎮靜一下，他又對羅辛理說：“現在部署應該縮小陣地，集中兵力，以城內為主，固守城垣，以千佛山、四里山、齊魯大學、商埠、外城為據點。外線留置小部隊守備，拖延時間，以待援軍。你認為這樣如何？”
主耀武試著突圍，結果不成。在激烈的槍炮聲中折回指揮所。
蔣介石仍然夢想實施殲滅華東野戰軍的濟南會戰計劃，斷然拒絕了王耀武的突圍請求，飭令他務必堅守濟南，以待援軍的到來。他在給王耀武的手諭中指出：“是逆叛變，事出非常，聞之痛心。陳明仁守四平街，知不可守而守之，東北數省賴以保全。濟南，亦猶四平之於東北數省，戰略要地，務必固守，各路援軍已兼程急進矣。”
王耀武閱罷電文，大發牢騷：“都命我固守，我是‘固守’了，而要來的援軍又在哪裡？！”
可是，他又不得不執行老蔣的命令，命令部隊繼續頑抗。為了固守待援，王耀武調整部署，收縮防禦圈，將主力撤至城內，城外只留下一個團守馬勒山，一個營守千佛山。
67．看死援兵，攻克堅城
就在濟南戰役激戰正酣時，中央軍委向粟裕等發來電報：劉峙已令邱清泉兵團集結臨沂待命援濟，金鄉、成武只用小部佯動迷惑我軍。因此，你們應迅速集結打援兵團，全力於鄒滕地區，準備殲滅該兵團。攻城任務由現有兵力擔任，葉飛縱隊不應該參加攻濟。
粟裕當即召集前委開會，同時按軍委指示，命令葉飛停止北