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向山頭射擊，炮火已明顯減弱。
張靈甫知道他與七十四師殘部已經到了生死關頭。他一面命魏振鉞到山頭陣地組織兵力，指揮戰鬥，做最後的抵抗，命李運良與第五十八旅副旅長明燦指揮師警衛部隊在洞口外設防，保護師指揮部安全；一面用無線電報話機向黃百韜、李天霞緊急呼救。
這時的張靈甫，已不再象往日那樣傲慢，他的聲音恐慌而急促，口氣已近乎哀求：
“黃先生，黃先生，我已萬分危急，趕快向我靠攏，趕快向我靠攏！”
“李先生，看在*的份上，趕快向我靠攏，趕快向我靠攏！”
但對方的回答，仍與一小時前一樣：“我部刻正與*激戰中。”要他繼續堅持。
魏振鉞奉命來到山頭陣地，指揮各部組織兵力，憑藉殘破的工事抵禦解放軍的進攻。他剛安排就緒，便發現解放軍一路攻擊部隊，已進至孟良崮西側山腰，目標直指師部指揮所。他見形勢緊迫，當即率領千餘人自山上衝下，企圖將其擊退。
兩軍頓時在山腰上展開激戰。解放軍攻擊部隊在熾盛火力壓迫下，暫時後撤。但很快又發起衝鋒。
經過幾次往返衝殺，魏振鉞所率之飢餓疲憊的部隊漸漸不支。最後，兩軍在山腰上展開白刃戰，魏振鉞所率千餘人，一部分戰死，魏振鉞與大部分官兵被解放軍俘虜。
解放軍戰士黑洞洞的槍口直指俘虜群，魏振鉞見之不禁膽寒，只要解放軍戰士一扣動扳機，他和繳了械的官兵將全部遺屍荒山。他生怕解放軍戰士“玉石不分”，主動從俘虜群中站出來，向他們表白他的身份：“我是七十四師少將參謀長！”
擔任主攻孟良崮主峰的部隊為華野第六縱隊特務團，由於該團自戰役打響後，很少參戰，官兵精力充沛，求戰心切，當縱隊副司令員皮定鈞向該團下達出擊命令後，該團便在團長率領下，以銳不可擋之勢，直撲孟良崮主峰。
特務團摧垮魏振鉞率領的阻擊部隊後，未稍停歇，隨即向七十四師山洞指揮部衝擊。
張靈甫在指揮部內呼救無效，而槍聲與手榴彈爆炸聲越來越近，陣陣喊殺聲清晰可聞。他自知敗局已定，便向在徐州的蔣介石發去最後一份電報。
他在電報中訴說友軍見死不救，尤其對李天霞沒有遵照命令派出部隊掩護七十四師右翼安全，指為戰敗的主要原因。並將指揮部副師長以下、團長以上軍官姓名報告蔣介石，說是要“決心集體自殺，以報效校長培養之恩”。
電報發出後，指揮部內一時變得悽悽慘慘，蔡仁杰、盧醒等人拿出老婆孩子的照片，相對哭泣，一時難下自殺決心。在山洞外的李運良則假裝自殺，用陣亡士兵的鮮血塗在臉上，躺在地上裝死。
第一章 整編第七十四師孟良崮覆滅記（45）
張靈甫見王牌軍的將領們竟落到這種地步，頹然坐在洞壁下，神色黯然。
不多時，解放軍已衝至指揮部附近，洞外槍聲大作，殺聲震耳，副旅長明燦在混戰中被手榴彈炸死。
華野第六縱隊特務團三連，在輕重機槍的掩護下，向洞口猛撲。
張靈甫急命衛隊長率百餘名衛兵到洞外抵抗。但衛隊剛衝出洞口，就有20多人中彈倒下。其餘人則在洞外展開，憑藉巨巖、石縫，拼死頑抗。
解放軍特務團三連在向洞口衝殺的過程中，連指導員邵至漢中彈犧牲，戰士們憤怒異常，個個奮不顧身，以抵近射擊和白刃格鬥，與張靈甫的衛隊在洞口附近展開拼殺。
張靈甫的衛隊很快被殲滅，衛隊長也被打死。
此時，解放軍後續部隊也已趕到，特務團三連趁勢衝到洞口，憤怒的戰士用機槍、衝鋒槍向洞內掃射，並向洞內投擲手榴彈。
這一次真是“玉石不分”，洞中從師、旅、團將領到勤務兵，紛紛中彈，成堆倒下。
張靈甫於驚慌中，下意識地掉轉身，想往山洞深處躲避，但被一個解放軍戰士以湯姆式衝鋒槍擊中後腦，當即仆地而亡。
蔡仁杰、盧醒，以及第五十七旅團長周安義等高階將領，均在混亂中被擊斃。洞中屍體枕籍，血汙滿地，倒在血泊中的張靈甫，手中仍攥著報話機。
戰鬥進行到下午4時左右，匯攻孟良崮主峰的解放軍各部，徹底佔領孟良崮主峰和600高地，七十四師殘部全部被殲或被俘。
國民黨軍五大主力中之主力、王牌中的王牌整編第七十四師，至此全軍覆滅。
孟良崮一役，國民黨軍整編第七十四師少將參謀長魏振鉞、少將副參
