"我军完全退守山地以后，饮料断绝，渴不可支，体力渐弱，各种火炮已俯角全失，效力降低，且阵地毫无遮蔽，全受共方火制。而山地概系岩石，匪方射击威力倍增，人马损害更大，尤以我军骡马及杂役兵夫，受敌炮火惊扰奔窜，引起部队混乱，致使掌握困难，匪军因得自各方渗入。"
16日晨，汤恩伯以近乎哀求的口气向各路部队乞援："我张灵甫师连日固守孟良崮孤军苦战，处境艰危，我奉令应援各部队，务须以果敢之行动，不顾一切，星夜进击，破匪军之包围，救袍泽于危困，以发扬我革命军亲爱精诚之无上武德与光荣，岂有徘徊不前、见危不救者，绝非我同胞所忍，亦恩伯所不忍言也。"上午8时，蒋介石也向各路增援部队发出手令："山东共匪主力，今晚向我军倾巢出犯，此为我军歼灭共匪完成革命唯一之良机......如有委靡犹豫，逡巡不前或赴援不力......定以畏匪避战、纵匪害国、贻误战局，严究论罪不贷。"
但让七十四师望穿秋水的援军表现又怎么样呢？多路援军不是"驰援"，而是"迟援"。时任国民党八十三师第十九旅第五十七团团长的罗文浪记忆犹新：
李天霞争当整编第五军军长既未成功，对张灵甫更加嫉妒，而且他个性狡猾，打仗时惯于保存实力（自诩为打巧仗，不打硬仗）。因此，他不照蒋介石命令派出部队，只令整编第十九旅第五十七团派团副一员，率兵一连，携带报话机一部，冒充旅部番号，进出沂水西岸游击。
战至上午，华野攻占雕窝、五二○和五四○高地；午后又占芦山，将七十四师残余压缩至孟良崮六○○高地中间谷地：16时又占六○○高地：18时克孟良崮山顶。为摆脱危险，尽快撤离，粟裕命令迅速清理战场，却发现该地区仍有电台活动，而上报的战俘数字又与七十四师的建制出入甚大，于是命令搜山，结果发现七十四师一个旅的残敌正在孟良崮和雕窝之间的一个山谷集结，准备突围。华野第四、八、九三个纵队克服疲劳，再次兜剿，肃清了这7000余人，最终实现了全歼。华野各纵队刚撤离，国民党军增援部队的炮弹就炸响在孟良崮山岗。
战役结束后，蒋介石哀叹："以我绝对优势之革命武力，竟为劣势乌合之匪众所陷害，真是空前的大损失，能不令人哀痛？"国民党山东省政府主席王耀武也表示"对七十四师之失，有如丧父之痛"。结果，汤恩伯被撤职，黄百韬被撤职留任，李天霞被撤职并交军事法庭审判，连参谋总长陈诚也因指挥不当，受到停职察看的处分。
应该指出的是，孟良崮之役中，华野也付出了相当代价。1946年7月至1947年6月间，敌我伤亡平均对比数为1.26︰1，孟良崮之役华野伤亡12189人，伤亡对比数约为1︰1，比同期敌我伤亡平均对比数高出0.26个百分点。所以，毛泽东在1947年5月22日为中央军委起草的给华野的电报中在肯定此役"意义极大"的同时，也委婉指出："歼灭七十四师，付出代价较多。"
张灵甫亡命之谜
时至今日，孟良崮战役留下的最大谜团是蒋介石最为钟爱的心腹将领张灵甫如何致死，几十年来，一直是众说纷纭，莫衷一是，在各种书籍或报刊上存在着不同的版本。具体的说法有哪些呢？
版本一：张灵甫自杀或集体自杀，这是国民党的最初版本。张灵甫部被歼后，蒋介石按照张灵甫对其无限虔诚的性格作出推理，利用张灵甫的两封遗书，掀起了声势浩大的宣传张灵甫"壮烈殉职"、"从容自戕"、"忠勇事迹"的活动。这是蒋介石惯用的欺骗宣传伎俩，无疑是用编造的张灵甫所谓"临难不苟之正气、见危授命之精神"，继续驱使其军队为其卖命。国民党当局关于张灵甫"集体自杀"的宣传，当时华东野战军司令员陈毅和解放区新闻界曾反复予以驳斥。此说在喧嚣一阵后便烟消云散，但却永远留在了国民党的档案卷宗里。
版本二：张灵甫被击毙或炸毙于其指挥所的山洞里，此为我方最初的版本。孟良崮大捷对我军来说显得太重要了。由于当时的特定战争环境与通信设施等限制，为了在第一时间宣传报道我军战绩，鼓舞士气，我方对张灵甫之死采取了笼统的"击毙"一词，而对其死在何处又采用了常理推测未细加考究。后又因"左"倾政策的影响，这种说法长期没有纠正。新华出版社出版的《陈粟大军征战记》、山东人民出版社出版的《孟良崮战役》、《孟良崮战役资料选》以及公开发表的解放军将军回忆录与电影《孟良崮战役》、《红日》等，都说张灵甫被击毙在山洞内。孟良崮一山缝上还刻有"击毙张灵甫之处"的标志。此说影响最大，流传最广。
版本三：张灵甫被俘后，我军某战士为取其金表而将其击毙。此说参见1991年2月19日出版的某报刊文摘报。此说既歪曲了历史事实，又给我军士兵脸上抹了黑，应予批驳而不应采信。
版本四：张灵甫被我俘虏后，又被我军一名对国民党军队刻骨仇恨的军官打死。
那么，张灵甫究竟如何致死、何时而死又死在何处等，真是扑朔迷离，越说越糊涂。
从1994年开始，为澄清张灵甫死亡之谜，同时受旅居美国的张灵甫遗孀王玉玲关于查找张灵甫遗骨、迁回其老家陕西省西安市长安县之委托，山东省临沂市政协派遣崔维志等同志专程赴北京、南京、上海等地，查阅国共双方军内外相关档案资料，访问健在的知情人，赴战役实地调查采访考证，花了几年时间终于理清了事实真相。
（一）活捉张灵甫。调查人员在国防大学资料室，找到了时任华东野战军第六纵队司令员、后任军事科学院副院长的王必成撰写的回忆文章《飞兵激战孟良崮》，如是说："我特务团首先突破孟良崮西侧，直取敌师指挥所所在的山洞......一营三连指导员邵至汉冲在最前面。他身上多次负伤，仍然坚持战斗，率领部分战士首先攻至洞口，恰遇张灵甫指挥其卫队100多名亡命之徒，从洞中冲出，占据洞穴、石岩、山缝，作困兽之斗。邵至汉不幸身中数弹，英勇牺牲。我三连干部战士怒火满腔，奋不顾身，用抵近射击和白刃战消灭了敌人，击毙了敌卫队长，活捉了张灵甫，控制了洞口。"在采访的老干部中，大部分都赞同王必成关于张灵甫被俘的说法。用时任华东野战军供应总站副总站长、后任上海市政协秘书长的范征夫的话说："王必成的文章以及我和当年许多老同志的记忆是一致的。"
（二）枪击张灵甫。关于张灵甫被俘后又遭枪亡之事，王必成将军回忆道："胜利了，我们的老冤家、死对头，终于被彻底歼灭了。但在庆贺大捷之余，也有点遗憾，那个双手沾满人民鲜血、死心塌地效忠蒋介石的'御林军'师长张灵甫，在被我纵特务团活捉之后，又被一名对他怀有刻骨仇恨的干部给打死了！"1994年夏，调查组在上海访问时任华东野战军《前锋报》记者鲁山时，他说："孟良崮战役后，陈毅司令员有一次讲话中，在揭露国民党报刊宣传张灵甫是'自杀'的欺骗宣传的同时，还批评了当时用枪打死张（灵甫）的我军一排长。"鲁山还补充说："当年打死张灵甫的排长姓司，曾在解放军上海部队××公司任过顾问。此人早已病故了。凡是听过陈毅司令员批评那位排长会议的人员及听过传达这次会议精神的人员都会知道此事。六纵队还遵照陈毅的指示，将违反俘虏政策擅自击毙张灵甫的那个排长关了禁闭。"可见，对我军排长枪杀张灵甫一事，华东野战军的首长并不隐瞒、忌讳，而且对违反军规者严肃处理，绝不姑息迁就。
同时，调查还得知：孟良崮大战刚刚结束尚未打扫完战场，国民党增援的重兵就围攻上来，我军为争取主动，实施了迅速撤离战术，华东野战军第六纵队特务团官兵抬着张灵甫随之向北转移，次日（17日）抵达孟良崮以北约15公里的原沂水县野竹旺村。调查人员在野竹旺村的自然村董家庄实地取证时，老村民谈到一个非常重要的新情况：张灵甫受枪击后并未当即死亡，我军将其抬至董家庄时尚有气息。据说张灵甫当时仅被打成重伤，战士受令急忙送其至位于董家庄以北之北大山的六纵野战医院进行抢救，不料行至董家庄村的汶河边时咽了气，因而就地埋葬在那里。
（三）厚葬张灵甫。调查人员获悉：六纵副司令员皮定均曾对张灵甫善后事宜作出过指示，要求时任纵队政治部宣传部长吴强（小说《红日》的作者）负责厚葬张灵甫等。吴强用1000万元北海币购买了一口四寸厚的楸木棺材，用购买的新白布裹着张灵甫的尸体，就地安葬于一村民的地瓜窖内，并筑起了大坟丘，立有一块上书"国军整编第七十四师师长张灵甫将军之墓"的木牌。埋葬前，我军参与转移人员和部分张灵甫部被俘人员，还举行了简单的安葬仪式。同时，当时新华社曾播发过张灵甫死亡及收尸的相关消息。
岁月流逝，当年的坟丘、木牌已不复存在，张灵甫埋葬的地点先是人民公社生产队的牛圈，后山冈建起村庄，其墓穴又被村民圈入宅院内。"文化大革命"中，本地和外地的一些学生造反派曾试图掘开张灵甫的墓。但由于种种原因，其"革命行动"未能实现。由此，张灵甫的遗骨在沂蒙腹地的偏山僻壤无声息地得以保存下来。正因为如此，临沂市政协通过艰辛的调查考证，才找到了张灵甫的埋葬地点与遗骨，并将此信息通过统战部门转告当时旅美的王玉玲女士。
综上所述，张灵甫亡命之谜应该是一目了然，即"战败被俘--枪击重伤--抢救未果身亡"的基本脉络，而并非国民党所说的集体自杀或自杀，也并非在其指挥所的山洞内或其洞外的当场击毙，更非被我军某战士为获取金表而击毙。