這是岡村寧次在山東防線上部署的最後一道屏障。第39師團在泰安一線修築了多層防線，利用泰山餘脈的丘陵地形組織了縱深防禦。
泰安的攻防戰從6月10日持續到6月28日。這是山東戰役中最激烈的一戰。
日軍第39師團在泰安外圍設定了多道防線，每道防線之間用戰壕和反坦克壕溝連線，丘陵上的火力點互相支援。
第100軍在外圍陣地上和日軍拉鋸了將近兩週，每天都有炮戰和步兵交鋒，陣地上的泥土被反覆炸翻了好幾遍。
第100軍軍長張柏亭在外圍陣地上親自檢視泰安的城防。他用望遠鏡反覆觀察日軍防線的火力佈局，發現日軍在泰安外圍的第一道防線和第二道防線之間有一個火力銜接的盲區。
兩道防線在泰山西麓的一處陡坡處無法形成有效的火力覆蓋，因為陡坡的坡度太大，機槍碉堡的射擊孔無法覆蓋坡面下方。張柏亭把突破口選在了這裡。
他命令一個團在正面佯攻日軍的防線，同時命令另外兩個團利用夜色從陡坡方向悄悄摸上去，在日軍兩道防線之間的結合部撕開了一個缺口。
6月20日，泰安外圍陣地被突破。日軍退入泰安城內，利用城牆和城內建築組織巷戰。
巷戰持續了八天，雙方進行了逐街逐屋的爭奪。第100軍計程車兵們用衝鋒槍和手榴彈一個院子一個院子地往前推。
第100軍的一個連長在帶著一排人衝進一條衚衕的時候被日軍狙擊手擊中了脖子，倒下去的時候手裡的衝鋒槍還在響。一排長接過了指揮，帶著剩下的人繼續往前打，用手榴彈清理了狙擊手所在的建築。
經過幾天的戰鬥，國軍陸續清理了城內的
6月28日，泰安被攻克。日軍守軍約三千人全軍覆沒，國軍也付出了傷亡兩千餘人的代價。
泰安失守的訊息傳到濟南時，濟南城內的氣氛己經開始瓦解。濟南的日軍守軍是一個二線守備大隊加上兩個獨立混成旅團的殘部，總兵力不到五千人。
守城的日軍大隊長在泰安失守的當天晚上就召開了緊急會議。他在會上說，泰安丟了，濟南己經守不住了，蘇杭的主力部隊最遲一週之內就會打到濟南城下。
他決定執行方面軍司令部的命令，在撤離之前破壞城內的軍用設施和交通樞紐，然後向天津方向撤退。
7月3日夜間，濟南日軍開始撤退。他們在撤離前炸燬了濟南火車站和津浦鐵路的黃河大橋，燒掉了油料庫和彈藥庫。大火在濟南城裡燒了一整夜，黑煙升起來，在夜空中翻滾。
第73軍的先頭部隊在7月5日清晨抵達濟南城郊。他們看到了還在燃燒的火車站和己經被炸斷的黃河大橋。
第73軍軍長盧醒站在城外的高地上看著濟南城裡的濃煙，沉默了好一會兒，然後告訴通訊兵向指揮部報告，濟南日軍己經撤離，城內軍用設施被破壞嚴重，第73軍正在進入濟南城。
濟南被拿下之後，山東日軍的防線徹底瓦解。第73軍繼續向膠東方向推進，7月15日收復濰坊，7月22日進抵煙臺外圍。第100軍從泰安出發向魯中推進，曲阜、兗州等縣城在7月中旬先後被收復。
煙臺是山東半島北部的重要港口，日軍在這裡駐有一個聯隊的守軍和一批海軍後勤人員。
但到了7月下旬，煙臺日軍己經接到了撤退命令，正在緊急徵用民用船隻，試圖將膠東半島的日軍殘部和部分僑民運往朝鮮半島。
但是由於船隻嚴重不足，港口秩序混亂，日軍士兵和僑民在碼頭上擠成一團，爭搶著登船的位置，大量的軍用物資和裝備被遺棄在碼頭上，無人看管。
7月28日，第73軍的先頭部隊攻入煙臺。日軍在港口區的抵抗持續了不到半天就被瓦解了。
碼頭上堆積如山的物資，糧食、被服、醫療用品和一批尚未開封的步槍彈藥全部被國軍繳獲。
7月30日，威海也被收復。到7月底，山東大部己被國軍控制，日軍在山東只剩下青島一個孤立的據點。
山東戰役打到七月底的時候，蘇杭己經在考慮河北收官的問題了。
七月的華北平原熱得像個蒸籠，指揮部裡的炭火盆早就撤了，取而代之的是兩架從日軍倉庫裡繳獲的電風扇。
電風扇嗡嗡地轉著，吹得桌上的地圖邊角不停地翻卷。蘇杭用一塊鎮紙壓住地圖，另一隻手拿著鉛筆，在保定和滄州的位置上各畫了一個圈。
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