先前老蒋只专注于陇海线，指望仅靠韩复榘等几支杂牌部队就拖住晋军、石友三，但在韩复榘兵退胶东，马鸿逵也迭电告急的情况下，他也不得不从陇海线上抽出部队用以援鲁。
陈诚师首先到达津浦线。发现傅部侧翼薄弱，陈诚没有去曲阜正面应援，而是由左翼迂回，在悄悄接近保安纵队的阵地后，突然发起攻击。
陈诚师装备着轻机枪，轻机枪一扫，暴露在石山的守军便慌了手脚，他们的老枪旧弹不是打不响就是卡壳拉不开栓。几个老兵投出几枚“地瓜”手榴弹，试图稳住阵脚，但也不顶用，其他人都在没命地向后奔逃。
保安纵队的指挥官们严令据山死守，不得再退，并亲临阵地督战，然而部队还是兵无斗志，没人肯打死仗。只见退下来的兵被赶上去，赶上去后又退下来，反复多次，最后依然是一窝蜂地向后溃退，一退便无法收拾。
由于侧背受到威胁，傅作义被迫将进攻曲阜的正面部队也撤了下来。进攻兖州的晋军也放弃攻城，加入了溃逃的行列。陈诚则会同马鸿逵等部，分路进行追击。
晋军在溃逃时也未忘记自己的嗜好。一名犯了瘾的副团长让人前拉后推，哼哼嗨嗨地大声呻吟，实在熬不住，就让士兵围拢过来，帮他堵着风吸“料面”，一边吸还一边大叫：“我是不走了，让我死在这里吧！免得活受罪。”不过才四十里山路，这伙人竟然走了十四个小时。
晋军的后续增援部队一面堵截收容，一面节节设防。为了扫清视野，迟滞中央军的前进，他们将遍地将要成熟的玉米、高粱、谷子等秋庄稼从根部踏倒，踩编成辫子式的纵横交错的障碍物。结果沿途两百余里青翠茂密的青纱帐，顷刻之间全都变成了铺满田野的“大地毯”。
山东为孔孟之乡，曲阜存有孔庙、孔林等遗迹，过去不管处于什么样的战乱年代，各路兵马大多会选择绕城而过，但晋军却执意要攻下此城，这件事早已触犯了众怒。现在看到他们又如此暴殄天物，当地农民不由得愤而发起反击。
手持刀矛的红枪会从四面八方扑过来，争相拦截收缴溃兵的武器。这些由农民组成的红枪会员在气势上比溃兵们要足得多，跟在后面穷追不舍，即便一个人对付十几个溃兵的围攻，仍然叫喊跳跃毫不示弱，反正一句话，不把武器留下，就别想走人。当晋军各部三三两两地跑回后方时，不少人已成了徒手兵。
陈诚等人乘一时之兴，并不敢远追，之后他们就停留在距晋军前沿阵地较远的防守线上，以待大军集中。
在此次津浦线作战中，陈诚部最为卖力，也实际起到了挽狂澜于既倒的作用，其表现之优异，比蒋介石一直精心打造的教导师要好出许多。
原先蒋介石认为在他嫡系部队中，只有第一师比较有战斗力，现在又添了一个陈诚师，这令他有一种无意中捡拾到珍宝般的欣喜。事后陈诚部被扩编为第十一师和第十四师，成为第十八军的基本骨架，陈诚被破格提拔为第十八军军长，仍兼第十一师师长。
中原大战前，陈诚的职务还只是代师长，在不到一年的时间里，便升至军长，这在蒋介石的嫡系将领中是最特殊的。