经过苦战，华野将整十一师压缩到纵横十里的区域，不过并未能攻入并巩固南麻的任何一座主阵地。
1947年7月21日晨，粟裕采用正面佯攻，侧面偷袭的办法，从整十一师阵地的薄弱处切入，终于攻下马头崮。
马头崮是十一师师部南面的屏障，巩固之后即可扩大战果，可是给粟裕的时间已经不多了。
南麻枪声一响，蒋介石就接到了范汉杰发来的报告，急令黄百韬整二十五师、邱清泉第五军等部迅速向南麻攻击前进，对华野实施反包围。
记取了孟良崮的教训，蒋介石这次下达的命令极为严厉，警告说整十一师如果像七十四师一样被华野消灭，将按照连坐法，对各师军事主官处以严惩。
老头子搬上了虎头铡，又有李天霞的例子在前，解围部队没一个敢不卖力。
离南麻较近的3个整编师已与打援部队发生激烈交火，粟裕计划于21日当晚再发动一次总攻击。
战役胜负往往取决于“最后5分钟”，孟良崮战役也是经过3次总攻，在敌军援兵到来前的最后一刻，才将粮弹两绝的七十四师拿下。
可以预计，整十一师的弹药库也要空了，华野有望重演孟良崮的辉煌。
就在这时，战事突然发生转折，“狡如狐，猛如虎”的胡琏率先出手了。
胡琏已能听到援兵的枪炮声，他知道，援兵越近，粟裕可能攻得越急，为了争取防守时间，他索性转守为攻，把空投和库存的最后一点弹药都用上，对华野实施了反攻。
华野猝不及防，阵地一度失手，粟裕的总攻击计划被完全打乱。
与此同时，黄百韬已突破华野阻援阵地，邱清泉逼近南麻，其他各路援军距离也越来越近。
粟裕手中没有预备队了，无法增加阻援兵力，如再不撤出，就可能被反包围，以致歼敌不成反被敌歼。
1947年7月21日黄昏，粟裕当机立断，下令撤围，各纵队分别朝东北方向撤退。
可是他们已经进入了范汉杰的包围圈。
天时
范汉杰当初设定的方案，就是要以胡琏为饵，通过南麻坚固的工事和整十一师较强的战斗力，来消耗华野的有生力量，等对方力竭之时，再对其实行反包围。
除从各个方向直接增援南麻的国民党军外，李弥整编第八师已星夜赶到位于南麻东北方向的临朐，以截断华野的退路。
临朐是连通鲁中解放区和渤海解放区之间的咽喉要道，华野要退入渤海解放区，此城乃必攻之地。
粟裕临时得到的侦察情报是，整八师远道而来，主力尚在半途中，前卫虽已入城，但还没来得及修筑工事。
尽管部队还很疲劳，伤亡也未能得到补充，且野外仍是暴雨连绵，粟裕仍决定于7月24日黄昏发起临朐战役，用速战速决的办法攻克城池。
可是这次情报又失误了。
1947年7月23日，也就是预定发起战役的前一天，李弥已率主力入城，当天便控制了临朐城周围各个制高点。
整八师虽非“五大主力”，却也并非无名之辈。该师前身第八军在抗战时期为滇西远征军主力，在时任第八军副军长李弥的指挥下，这支部队曾为攻克松山立下过汗马功劳。
在国民党内部，李弥被认为是一名“胆识具备，身经百战，善于统御指挥之将才”。他在进入临朐城后，同样没忘记先建造子母堡，而且建的速度奇快，进城后仅4个小时，每班即完成至少一座地堡。
这些情况粟裕都不了解和掌握，失去情报战方面的优势后，华野反而成了聋子、瞎子。
1947年7月24日下午，从南麻撤出的华野主力，加上渤海军区的3个团，冒雨行军，将临朐围了起来。
晚上，三军按计划在城外展开队形。
粟裕定于晚上进攻，就是要体现攻坚的突然性，然而恶劣的天气依旧在扯着他的后腿——暴雨令河水猛涨，致使王必成纵队无法按时到达指定进攻位置，特纵也因道路毁坏而无法参战。
再进行调整已来不及了，粟裕下令部队先行发起攻击。
此时城外已经是一片汪洋，水深过膝，解放军的几次进攻都未能逾越城壕。
1947年7月25日，特纵、王必成纵队赶到，华野拿下了部分外围阵地，但攻城时还是困难重重。
临朐城墙牢固，城外地势开阔，守军易于发挥火力优势，仅靠人海战术，连城墙都很难接近。
1947年7月26日，粟裕指挥特纵榴炮团，先对城内的南北大街进行远距离急袭，接着再压制其炮兵阵地。
在炮火的掩护下，攻城部队第一次对城墙实施爆破，但因雨天受潮，炸药包失效，爆破没能成功。
当晚，组织第二次爆破，终于在西门附近的城墙上打开了一个约百米宽的突破口，有7个连得以先行攻入城内。
李弥慌忙堵漏，派部队从两翼将突破口重新封闭起来。
在守军浓密的火力封锁下，解放军后继部队伤亡过大，未能源源投入，城内城外失去了联系。
西门内是一片开阔的空地，周围全是整八师临时修筑的梅花式子母堡，失去后援的7个连难以突破，全部当场战死，场面极为惨烈。
1947年7月27日，粟裕再从城防上寻找薄弱点。
临朐城外有南关和北关。南关外原有一片靠近城墙的房屋，攻城时可作为依托，但它们已被李弥用大炮炸毁，相比之下，北关有三面是略低矮些的土围墙，架梯进攻尚具备条件。
进入解放战争后，华野已很少使用架梯方式攻城，这也是雨天作战环境下的迫不得已。
上去后才发现，还是被老天给坏了事。
土围墙整天浸在雨水里，土成了泥巴，没能架梯子，就是勉强爬上去，腿也会陷在烂泥里拔不出来，难以行动。
北关仍然攻不进去，攻守双方形成胶着状态，短时间内很难分出输赢。
粟裕需要更多一点的时间，能不能得到，全看打援部队的坚持程度。
这次担任阻援的华野四师表现异常出色。在临朐战役结束前，他们独立阻击国民党军7个旅的援军，长达6个昼夜，可谓是“打得最苦，守得最好”。
粟裕得到了宝贵的时间，他继续组织兵力，对城内发动猛烈攻击，整八师伤亡惨重。
截至7月29日，华野占领了南关和北关的大部，整八师被压缩到城内狭小地区，李弥弹尽粮绝，已经出现被歼前的惨淡景象。
看到对手摇摇欲坠，粟裕把3个纵队的兵力全部集结起来，当天晚上便对临朐发动总攻。
整八师就像是南麻的整十一师一样，到底都是从死人堆里爬出来的精锐之师，即便快要断气了，胳膊上都还有那么一把子力气，而华野各纵队从南麻战役开始，连日苦战，部队十分疲劳，冲劲狠劲大减，粟裕又没有新的生力军和预备队能够投入，结果解放军仍未能突破城垣。
1947年7月30日，雨过天晴，对攻城一方来说，本来是利好，但自南麻以来，天时似乎真的一边倒了，最早从中尝到甜头的竟然仍是守城一方。
灾难月
天气条件的好转，为国民党空军的行动带来了便利。
在整个解放战争中，因其规模和能力所限，国民党空军对陆军的支援一直十分有限，有时甚至还帮倒忙。不过这一回，它的飞临，倒真是给城内的李弥来了个雪中送炭。
临朐地势平坦开阔，且城外已尽被华野所据，飞行员无论是寻找目标还是空投物资都比较容易。
大量弹药物资的补充，令整八师很快恢复了士气，同时空军战机也给毫无防空能力的华野攻城部队带来了威胁。
这时国民党援军也改变战术，利用阻援部队之间空隙较大的弱点，突破了华野四师的一线防守。
若再拖下去，华野不仅没法攻下临朐，还可能如在南麻那样，再一次陷入包围。
1947年7月30日晚，粟裕决定放弃临朐，同时改变撤退路线，向临朐的东南方向，即胶东半岛转移。
这也就意味着，华野被迫放弃了经营十几年的沂蒙山根据地，而后者曾经是华野在山东的主要根据地。
据华野战史所载，在南麻、临朐两战中，国民党军伤亡18000人，华野自身伤亡达到21000人，另有专家推算，华野的实际伤亡数字，可能不会少于26000人。
歼灭战终于还是打成了得不偿失的消耗战。
华野自身并无稳定和充裕的后方基地，其物资补给，除一部分由东北解放区通过海路供给外，大部分都要依赖战场缴获。
对于这样一支主要靠缴获生存的野战部队而言，发起一次战役，若不能彻底消灭对手，从中获得物资和人员（俘虏兵）补充，以便进行良性循环的话，其后果将极为严重，这也是粟裕打仗，客观上就只能胜不能败的重要原因。
战后，仅华野四师所在纵队就减员了6000余人，人员无法补充，只得进行缩编，其中的一个师被迫缩成了2个团。
华东特纵在孟良崮战役中打掉了前面战役中缴获的部分炮弹，但又从七十四师手里缴获了一批汽油和炮弹，结果所有这些汽油和炮弹在南麻、临朐战役中都全部消耗掉了，以致出现了有车无油、有炮无弹的尴尬局面。
蒋介石亦清楚华野的状况，他在日记中写道，经过南麻、临朐两战，华野“半年来所获得我军之炮弹枪械，已消耗殆尽”。
国民党方面由此视南麻、临朐战役，为孟良崮战役之后的“翻身仗”、“打气仗”。
在这一轮较量中，粟裕确实忽视了“天时、地利、人和”中的一个重要条件：天时。
每年的七八月份，南麻、临朐一带均为雨季，常有暴雨和山洪暴发，对缺乏雨具和防潮设备的华野来说，必然影响作战效能。事实上，早在一年前的泗县攻坚战中，陈毅就已经吃了一次亏，只是当时大家都把失利原因归结于守泗县的桂军较强，没有能够再从中汲取其他教训。
鲁中下着雨，鲁西、鲁南也一样，大小河沟水位猛涨，地势低洼的地方，已经被淹成一片泽国。进入鲁西、鲁南的陈唐叶陶5个纵队因连降暴雨、兵力分散等原因，攻击滕县、邹县等地亦未得手，反陷入敌军包围，用刘伯承的话说，是“五个手指按五个跳蚤，结果是一个也抓不到”。
陈唐叶陶南下西进，本为配合刘邓南渡黄河，到最后实际上变成了刘邓要策应他们向鲁西南突围。部队赤着脚，在大水和泥泞中连续行军作战，情形十分狼狈，非战斗减员也相当严重，很多师都只能缩成一个团。
国民党军在电报和报话机中，给两大华野主力各取了一个他们认为很爽的绰号，一纵（叶飞纵队）称为“面包”，四纵（陶勇纵队）称为“西瓜”，这帮人只要一打开报话机，就是一迭声的“吃面包”、“啃西瓜”，犹如将要举行宴会一般。
陶勇谈起这次突围的艰难和困苦，说即使与二万五千里长征相比，也“有过之而无不及”。
这个7月简直可以说是华野的灾难月。
粟裕的心情无比沉重，在部队转移途中，由陈毅、谭震林提议，他起草了一份给中央的电报稿，称南麻、临朐等役均未打好，影响了整个山东战局，“言念及此，五内如焚”。
电报稿是粟裕对南麻、临朐的检讨，他从战略战术两方面剖析了失利原因，但粟裕终其一生，始终未能发出这份电报稿。
因为对电稿内容，华野内部还存在着严重分歧。
一将难求
当时华野高层的分工是，粟裕主要负责战役的组织和指挥，陈毅主要负责战略的设计和规划，虽然中间大家会协商，但最后定调裁决，还是各负其责。
问题就出在一个“责”字上。
战役刚刚结束，陈毅在给部队做动员时说：“我们什么时候都要抱有积极的态度，不要长他人志气，灭自己威风。”
他强调：“南麻、临朐战役不是败仗，我们不仅没有被敌人整营整连地消灭，还捉了俘虏，杀伤了敌人，又是主动撤出战斗，败仗何从说起？”
陈毅这么说，很大程度上是为了给失利后士气陷入低迷的部队鼓鼓劲。20年后，他在政协接见整十一师的原国民党将领，当再次谈到南麻、临朐战役时，他的态度就变得坦诚多了：“那次战役我们被你们打败了，我打了败仗，撤到黄河以北整理，我给党中央、毛主席打电报，请求不要撤我的职，让我再干干看。”
陈毅是华野最高首长，他当时身上所背负的压力可想而知，偏偏在粟裕的电报稿中，“过分乐观”、“七月分兵”都被列为失利原因，而这些无疑都属于战略范畴。
陈毅、谭震林不同意电稿内容，认为战略上没有问题，失利是因为“军事部署上的错误和战术上的不讲究”。
在没能取得一致意见的情况下，粟裕另行起草并发出了一份内容简短的电文。
电文一发出，大伙儿炸了。
粟裕在电文中引咎自责，请求处分，但他说他只能对战役方面负全责，同时没有排除失利还有战略方面的因素。
谭震林立即写了一封长信给粟裕，从苏中战役开始，列举了粟裕指挥过的一系列战役，说粟裕“在军事上常常粗心大意，缺乏远见”，“常常只看到一二步”。
按照谭震林的说法，粟裕起码有五仗都没有打好，“如果把五仗没打好的主要原因，放在乐观这点上去检讨，是不能把问题彻底弄清的”。
在打仗这件事上，粟裕向来都很较真，较真倒像一个孩子。他给谭震林写了封复信，他一方面承认自己“战术上确很低劣”；另一方面仍没有放过“过分乐观”。
粟裕甚至提到：“这种乐观，我也是其中的一个，但我觉得你（指谭震林）比我和陈军长更乐观，而有过分乐观的表现。”
温厚沉静的粟裕，和执拗倔强的粟裕，是同一个人，低调谦逊的粟裕，和认真到不懂转圜，不看脸色的粟裕，也是同一个人。
中央则有中央的考虑。
毛泽东已将大别山选定为战略反攻的矛头，并做出了“三军配合，两翼钳制”的战略部署：以刘邓为主，直趋大别山，粟裕为左后一军，陈赓为右后一军，三军互为掎角，逐鹿中原。
从粟裕“自请处分电”发出的当天起，延安总部连续两天，连发四电，要粟裕速去鲁西南，指挥陈唐叶陶5个纵队，以策应刘邓千里跃进大别山。