于是，我山东军区在罗荣桓和陈士榘等人的指挥下，调整了部署，准备重点进攻。

此时，各主攻部队向址坊、刘家东山、石场发起猛攻，连续突破两道鹿砦，摧毁两座碉堡，后与顽军冲杀数次，工兵屡次爆破，均遭顽军强烈火力杀伤，未能攻克主阵地，拂晓时撤出战斗。

孙焕彩一开始被打得晕头转向，但很快清醒过来，把队伍收缩到刘家山一带，依赖麻石条修建的坚固工事，居高临下，进行顽抗，教五旅十三团付出大量伤亡，攻击仍未进展。

陈光带一一五师指挥所跟随在这个团的后面，亲自到最前沿阵地督战，把战况用电话向正在主持召开后勤工作会议的罗荣桓进行了回报。罗荣桓和朱瑞立即赶到前线。

朱瑞和陈光二人，一个主张撤，一个主张打，争得不可开交。随后，罗荣桓主持了现场会，来了一个折中的方法，决定暂停进攻，进行围困，实行土工作业，步步为营，同时把重炮都调上来，并准备炸药包，待机再发起总攻。

罗荣桓亲临教导五旅，看望了刚刚归还建制的指战员，并向大家作了战斗动员。他拍拍梁旅长的肩膀说：“老梁同志，夺回甲子山，对支援一一一师巩固和扩大滨海根据地有重大意义。”他用手又指着甲子山方向，“你们要把孙焕彩这个钉子拔掉，在那里安家！”

接着，我军向址坊、刘家东山实施坑道作业。顽军从二十三日至二十五日先后以一百至三百人的兵力反扑三次，破坏我军坑道作业，均被击溃，并俘其三百余人。

于是乎，顽军张里元部八百余人由日莒公路以北南援，教导五旅主力迅速进占黄墩及其西南高地阻击。张里元闻讯当即缩回日莒公路北。固守址坊、刘家东山的顽军粮弹消耗殆尽，伤亡日增，且待援无望，故士气颓废，惶惶不可终日，企图突围逃窜。

不久，孙焕彩以其三三三旅一千二百余兵力由张家石汪向北突围，沿途遭我各部截击，除少数窜回公路以北外，大部被歼。

没几天，孙焕彩率其师直属部队及三三一旅，由址坊、石场、刘家东山向德靖山方向突围，当即遭我军截击，并尾追至日莒公路附近，该部已溃不成军，三五成群窜入路北。追击中，我军共俘敌四百五十余人。

至此，经过十四天的激烈战斗，敌人在我军围困及积极进攻下，内部粮弹消耗殆尽，增援接济绝望，孙焕彩只好率残部仓皇逃跑，我军胜利收复甲子山地区。

此役我军共击毙伤俘其旅参谋主任任家麟以下二千一百三十七人；缴获步枪三千一百多支，短枪十八支，轻重机枪二十二挺，迫击炮三门，战马三十一匹及大批军用物资。我军牺牲连以下人员一百四十八人，负伤五百八十一余人。

甲子山战役的胜利，开辟了向日（照）、莒（县）公路以北发展的通道，根据地迅速得到巩固和发展，使日照、诸城、莒县、莒南连成一片，并与鲁中根据地相连，打开了滨海地区革命斗争的新局面。根据地人民重见天日，无不欢欣鼓舞。

巍峨的甲子山，重新成为光荣的抗日根据地。