国军的这一番变动，让陈毅，粟裕等华野军领导认为敌人对山东声势浩大的攻势已被粉碎，留在鲁中山区的敌军势必相继西撤。战局瞬息万变，因华野部队集结位置距离南麻较近，华野司令部当机立断，决定以三个纵队主攻南麻。

而此时，于7月8日占领南麻的国军整编11师，在后来成为国民党陆军一级上将的11师师长胡琏指挥下，遵照国民党中央“固守南麻，吸引共军，以收内外夹击之效”的指示，在南麻县城方圆五公里内修筑了大量的防御工事。从占领南麻到迎击华野军的进攻，这期间不到10天的时间里，国军整编11师就在南麻周围的大小山头和村庄修建起了2000多个相互环绕的子母堡，并且在这些子母堡周围还设置了铁丝网、鹿砦等。

除此之外，11师还在历山、塔山、中马头崮、边冒山等地都建立了据点， 各个据点，子母堡之间又挖了交通壕相互连接。同时，为了扫清射界，胡琏还命令军队把各阵地前的地形都加以改造，只要在火力范围内，农作物，树木一律砍光，房屋一律拆除。如此这般动作，各个据点、子母堡、交通壕便构建出一个严密的强大火力网。国军整编11师的这番行动，真可谓准备充足。让进攻的华野军吃了大亏。

7月17日，南麻战役按照预定计划发起。陈毅、粟裕、谭震林分别率领华野军的三个纵队，到达南麻县城。战前，华野得到的情报是南麻敌军构筑工事未成。可等到战役一打响，陈、粟、谭才发现南麻已被国军整编11师打造成了一个坚固的乌龟壳。可箭在弦上，不得不发，华野军此时也只好硬着头皮上了。这次攻坚战中，国军整编11师凭借强大的防御工事和有利的地形，让华野军损失惨重。解放军每攻克一个子母堡，就得付出伤亡数十人上百人的代价，而国军仅损失一个班或一个排。屋漏偏逢连夜雨，南麻战役开打后，天公不作美，连日大雨滂沱，导致山洪暴发，河水陡涨，华野军行动困难，弹药更是受潮严重，大大增加了此次作战的难度。