从1944年春季开始，在中共山东分局、山东军区统一指挥和部署下，八路军山东各部队连续发动以歼灭大股伪军和拔除深入我根据地的敌人据点为主要目标的攻势作战。在秋季攻势作战取得胜利后，山东军区又发起了以夺取莒县为重点的冬季攻势作战。
莒县位于八路军滨海与鲁中两抗日根据地之间，是日军“扫荡”鲁中、滨海的重要基地和南北运兵的要道。日军1939年6月占领莒县后，即在此修建了兵营、飞机场、弹药库，并构筑了坚固的城防工事，城外有宽5米至7米的壕沟，城墙上有碉堡数十座;城内日军驻地又有围寨和明碉暗堡。1944年，城内驻有日军1个中队，伪军莫正民部等30个中队约3500人，其中16个中队驻在城里，14个中队分布于外围据点和台(儿庄)潍(县)公路两侧。
八路军滨海军区、鲁中军区先后派出数十名敌工科干部到莒县伪军中开展内线工作，争取伪军反正。为解除莫正民的后顾之忧，八路军还派专人将其不满周岁的小儿子送到城外妥善照料。受到感化的莫正民递交志愿书，决定如期反正，并获颁旅长委任状，更安排人到城外待命，为八路军攻城做向导。
11月中旬，山东军区集中部队及地方武装、民兵共万余人的兵力，组成攻城、阻援和扫清外围据点等3个梯队，由滨海军区司令员陈士榘、政治委员唐亮统一指挥，采取里应外合战术夺取莒县县城。具体部署是：以滨海军区第六团、山东军区特务团两个营和莒中独立营为攻城部队;以滨海军区第十三团、鲁中军区第一团、莒北独立营为北线阻援部队，负责打击诸城方向南援之日、伪军，并相机夺取管帅、枳沟等地;以滨海军区第四团和莒南、沭水两个独立营及莒临边大队等部队在南线策应，并负责打击临沂方向增援之日、伪军;日照警备团、山东军区教导第一团各一部，负责打击从日照西援之日、伪军。另派工兵一部化装潜入城内，策应攻城。滨海区党委、专员公署、莒中县政府成立了城市工作委员会，组织万名民工准备拆城、破路、供应给养、救护伤员等。
14日19时许，预先化装潜入城内的八路军工兵小分队炸毁东南角碉堡。埋伏在城外的滨海军区第六团、山东军区特务团主力和莒中独立营等部队立即从四面登城并一举攻入城内，向纵深发展。城内日军两度突围，被八路军击退。
莫正民部按预定计划立即反正。他们打开南城门，引导八路军占领各要道和制高点，将日军压缩到城中心的围寨内。在开辟迫近日军驻地的通道后，起义部队奉命撤出城外，接受改编。战至午夜，八路军从四面发起攻击，采取连续爆破、多点突入的方式突入围寨，迫使日军龟缩在最后几个碉堡里固守待援。
在随后的战斗里，八路军一面继续围困城内日军，一面向驻县城外日伪军发起攻势，拔除了多个日伪据点。日伪军出动飞机，掩护援军向莒县县城进犯，途中遭八路军阻援部队阻击，死伤惨重。18日下午，日伪军集中1000余人，在坦克的掩护下分两路再次增援，其中一路200余人被击退，另一路800余人好不容易绕过阻援部队阵地，于19日夜进入莒县县城。
八路军攻城部队为争取主动，撤至城郭，对日军实施多层围困，并动员城内居民迁出城外，同时还组织群众将莒县通往各县的公路全部破坏。日军弹尽粮绝，无法再守，于29日夜弃城北窜，莒县县城被八路军解放。
此次战斗，八路军山东军区部队共毙伤日伪军400余人，俘日军15人、伪军11人;争取伪军3500余人反正，缴获长短枪3145支、机枪30挺、掷弹筒36具、汽车6辆、子弹6万余发。莒县县城克复后，滨海、鲁中两区连成一片，根据地面积扩大7000平方公里，30多万人口获得解放。
在攻击莒县城的同时，八路军鲁中军区部队肃清了临沂和费县城外围据点，并向北直逼胶济铁路附近;鲁南军区部队逼近临城、滕县、泅水、邳县等县城附近;胶东军区部队攻占了栖霞;渤海军区部队则粉碎了日伪军5000余人的“扫荡”。
