济南的战斗进行至天明时的五点二十分，中国军队已全部控制了济南的南外城地带。
六点十五分钟，四航司的八十架轰炸机分为几个批次，对济南东面和南面的日军外围及内外城墙工事进行了轰炸。接着，在这两个方向上的三百多门大炮也开始了长达二十五分钟的炮击。
持续了近一个小时的轰炸和炮击过后，再看这两个方向上的日军阵地和内外城墙，都已是面目全非了，外围的许多日军碉堡都不见了踪影、大片的战壕都支离破碎，而外城和内城的城墙也坍塌了多处，有的地段就省了三四米高的墟土石块，
七点整，中国军队以大批坦克装甲车为先导，向济南日军发起了总攻，同时在天上还有五十多架战斗机和攻击机，对中国军队攻击前方的目标和日军纵深目标不断的进行打击。
发起攻击的新二军和六十五军装甲部队，仅用了不到二十分钟就突破了日军的外围防线，抵达了外城城墙下。
这次中国军队投入攻击的装甲集群中有十辆喷火坦克，在接近到距坍塌的城墙只有几十米的距离后，喷火坦克对着豁口就是几次喷射，引燃了豁口处包括人体在内的一切可以燃烧的物体，后续的坦克装甲车没有遇到任何抵抗就沿着豁口的残垣断壁冲了进去。
在跟进的步兵控制了外城城墙并建立了迫击炮阵地之后，装甲部队紧接着又对内城发起了攻击。
廖广泽下达的作战计划要求空军和炮兵要一次完成所有火力准备，而地面部队则要以迅猛的动作完成对日军外围、外城和内城三道防线的连续攻击，在突破了日军的全部防线之后，再以优势兵力扩散来逐步围歼被分割的日军。
这实际也是先快后慢的“杀猪”战术。
上次进攻徐州，廖广泽则是采用了“斗牛”战术，以多次的佯攻迷惑和疲惫了日军之后，才对日军发起了足以致命的攻击。
具体采取什么战术并无规范，全凭指挥官根据具体情况运用和创造。
八点五十分，从总攻发起还不到两个小时，新二军就在东面突进了济南内城，十几分钟过后，六十五军也完成了同样的突击。
中国军队数万步兵在部分装甲车的配合下，也开始了对外围和外城日军残敌的清剿，使整个济南内外同时陷入了激战之中，日军十二军原来制定的防御计划完全派不上了用场，只能依靠各部各自为战。
战斗进行到了中午十二点，廖广泽向日军第十二军发出了劝降通告，同时还用飞机撒下了大量印有太原投降的日军享受战俘待遇的照片的传单。
但日军第十二军司令官土桥次郎没有做任何回应。
下午十三点三十分，廖广泽再次发出通告道：“由于日军拒不放下武器，致使中国平民大量伤亡、建筑大量被毁，中国第七战区军事法庭以战争罪和屠杀平民罪判处济南所有日军死刑，如日军在十六点之前仍拒不放下武器，这一判决就将生效。”
中国军队的多处日语广播，把廖广泽的通告传遍了济南全城。同时，四航司的轰炸机向外围日军的部分阵地投掷了燃烧弹。
十四点过后，开始有小股的日军放下了武器，中国军队立刻用广播报上了这些日军的番号和姓名，并宣布取消对上述人员的死刑判决。
随后，又有更多的日军加入到了投降的行列中。到了临近十六点，放下武器的日军已达到了八千多人，但是土桥次郎还是没有任何反应，大部分的日军仍在对中国军队进行抵抗。
十六点刚到，四航司的八架俯冲轰战机按照地面的指引，对日军第十二军司令部所在的一幢三层楼房进行了低空精确轰炸，有六枚五百公斤级的炸弹直接命中目标，把这幢炸成了一片废墟，接着，又有四架攻击机轮番向废墟发射了火箭弹并投掷了数枚燃烧弹。
十分钟过后，中国军队的战地广播宣布已经对土桥次郎执行了死刑的消息，并宣布军事法庭决定再宽限给日军五十分钟的时间来做出最后选择，凡在规定时间内放下武器的日军仍可享受战俘待遇，凡继续顽抗者将一律予以处决。
这下日军抵抗的决心被彻底动摇了，加上确实与司令部联系不上，很快就有联队和旅团建制的日军打出白旗放下了武器，外围几个高地全在此列，日军还在抵抗的区域已不足原来的三分之一。
十七点刚过，中国军队集中了全部坦克装甲车和三万多步兵，对剩余日军开始了更猛烈的攻击，所攻克之地果然是不留一个俘虏，不管活人死人一律照着脑袋补上一枪。
战斗进行到晚上二十二点二十分，市内最后一处日军阵地被攻破，廖广泽立刻向谢昌云和军事委员会发出了报捷电报。
用二十二小时二十分攻占了一座有七万多敌军防守的坚城，这样的战力也太骇人了吧？
蒋介石等人欣喜之余不由也膛目结舌！
第二天上午，济南战役最后的战果和伤亡情况报到了谢昌云面前。
是役，第七战区共击毙日军三万三千二百一十六名，俘虏日军三万二千五百五十四名，击毙伪军一千零八十三名，俘虏伪军五千一百一十九名，另外俘获日本和伪政权人员七百四十二名。
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