华东野战军前委，在得到整编第46师于17日再占新泰的报告后，认为歼灭李仙洲集团的条件已经成熟，遂于2月18日下达围歼李仙洲集团的战字第四号命令：
第一、情况（略）
第二、根据上述情况，决定仍本既定之方针，集全力首歼北线之敌，而后或乘胜扩张战果，或南下聚歼由临沂北援之敌，则视当时情况决定。此战役之第一步计划求得全歼73军及顽李仙洲总部，第二步再解决伸进新泰之顽46军（整编第46军旧番号）为目的。
第三、各部具体部署及任务如下：
以1纵（欠独立师）、8、9纵全部11个团的兵力，担任歼灭莱芜之顽李总部及73军军部、15师、77师等部之任务，统一归许世友、王建安指挥。战斗分界线：1纵担任吐丝口经莱芜至颜庄沿公路线以西（线上不含）地区顽外围据点之攻击；8、9纵担任沿公路线（含）以东地区顽外围据点之攻击；外围顽敌肃清后，即以全力由东向西，由西向东合击莱芜城。
6纵队战斗开始时，以一个较强师取捷径直插和庄而占领之，并选要塞筑工事对博山之敌警戒，并担任阻击博山可能来援之顽12军及第8军部队。该纵其余部队（5个团）以迅速之动作歼灭吐丝口之顽新36师师部及一个团而占领之；此任务达成后，除以一个团控制该地外，纵队率其余部队即东移和庄地区，准备打击博山可能来援之敌。
10纵及独立师（13旅）统一归宋时轮、肖望东指挥，战斗开始时以抢占锦阳关为首要任务。得手后选要点构筑工事对北警戒；其余主力即担任歼灭上有庄之顽新36师所属之一个团，并乘胜继续解决北岭子之敌，以策应我6纵对吐丝口之攻击。
4纵队以全力歼灭颜庄之敌193师并占领之。
7纵队于战斗开始时，除以有力一部占领颜庄之葫芦山等有利阵地钳制46军之北援外，其主力集结于双泉山东南地区为总预备队，准备于必要时向北参加歼击博山来援之敌，待2纵队到后其对46军之钳制任务由2纵队接替。
2纵队务于20日晚赶到蒙阴寨西北及东北地区，以一个师控制蒙阴寨以北，接替7纵对46军钳制任务，其纵队司令部率一个师即进至蒙阴寨西北地区，以一部控制九龙山，其主力集结九龙山以西地区，切实对顽46军侦察警戒，如该顽逃窜时，该纵应不失时机予以堵截，以便主力回师歼灭之。如46军未逃窜，则该纵应准备于第二步配合友军歼灭之。
四、战斗分界线
芦城、东盘龙、北毛庄（含）线以南属中路，以北属右路。北十字河、徐家峪（含）线以北属左路，以南属中路。
五、以上部署，各纵务于19日晚运动，距敌人三十里之地区隐蔽集结，对顽区封锁消息，做好一切攻击准备。但不应过于突出，以免暴露自己企图。决定20日（哿）晚10时发起战斗。运动开进之情况及当面顽敌之动态应逐日向本部报告。
六、本部指挥所战斗开始时移驻铁车附近，与中、右路保持有线电话联系，左路战斗开始时以无线电台联络，战斗开始后应经由右路司令部尽量与本部沟通有线电话联络为要。
命令下达后指挥部考虑到需要加强打援力量，遂令第6纵队全力攻击吐丝口，并配合第10纵队打击可能自明水来援之敌；调第9纵队控制博山以南，全力对付可能自博山来援之敌。就在李仙洲集团在莱芜、新泰地区往返调动之际，华东野战军己完成了战役展开，实现了对李仙洲集团的战役合围。
2月19日，王耀武发现解放军主力北移，特别是发现莱芜以西、以东均有部队集结，加上几个被俘国民党兵逃回告密，更加判明解放军进攻新泰、莱芜的意图。遂当机立断，再次调整部署：“19日，情况益趋紧张，为顾虑兵力过于分散被匪各个击破计，乃独断处置，立令整46师迅速集结颜庄，占领楼里、龙山及其东西之线，73军占领莱芜城及其以南山地，准备作战”，“本部因鉴于当面情况之危急，为便于作战指挥掌握计，改将112军（欠新36师）调至张店、明水一线担任铁道守备，而将96军之12师推进到文祖镇，协同新36师维护明水至吐丝口补给线，77师由张店经博山向吐丝口归制。”（王耀武：《关于临沂战役战斗详报》）
华东野战军总部，针对敌情变化，亦相应调整部署：着第4纵队及第8纵队一个师协同第1纵队，攻歼莱芜地区之第73军；第8纵队（欠1个师）调和庄协同第九纵队伏歼南下归建的第77师，其他部队任务不变。