1946年6月蒋介石发动全面内战后，率部参加了朝阳集、泗县、两淮、宿北等战役。1947年1月，张震率第9纵队与第6、第7师和第2纵队一起，在沭阳地区阻击由盐城、涟水北进的国民党军，有力保障了鲁南战役的胜利。1947年2月任华东野战军第2纵队副司令员，先后参与指挥了莱芜、孟良崮、南（麻）临（朐）、胶东等战役。在孟良崮战役中，张震和韦国清同志指挥第2纵队与兄弟部队一起顽强抵抗向孟良崮增援的国民党军第7军、整编第83师等部，有力保证了华东野战军主攻部队在孟良崮歼灭国民党军“五大主力”之首的整编第74师。

解放战争时期的张震

1948年3月起，任华东野战军第1兵团参谋长、华东野战军副参谋长。1948年6月，协助粟裕同志指挥豫东战役并取得重大胜利，歼灭国民党军9万余人，改变了中原和华东战场的战略态势，为解放战争转入战略决战创造了有利条件。1948年8月至9月，张震协助粟裕同志指挥济南战役，歼灭国民党守军10万余人，开创了人民解放军夺取国民党军重兵坚固设防的大城市的先例，中共中央在贺电中称济南大捷“是两年多革命战争发展中给予敌人的最严重的打击之一”。

1948年11月，张震参与指挥淮海战役，并与粟裕同志联名提出将南线国民党军主力抑留于徐州及其周围逐步歼灭的重要建议，毛主席以中央军委名义亲复粟、张，采纳了这个建议，对扩大淮海战役规模，使之发展成为南线的战略决战起到了积极作用。

1949年3月，任第三野战军参谋长（后兼华东军区参谋长），参与指挥渡江战役、上海战役，率部攻占南京、杭州、上海并向福建进军。1949年8月，任华东军区兼第三野战军参谋长。

中华人民共和国成立后，张震同志参与筹划解放台湾和东南沿海地区的军事斗争。1952年3月调任解放军总参谋部作战部部长。1953年5月赴朝鲜参战，任中国人民志愿军第24军代军长兼政治委员，率部先后进行了夏季反击战役第二次进攻作战、金城进攻战役，取得胜利。