吳化文部一路逃過浯水，向南跑到了蘆。這時西面楊莊方向突然傳來隆隆炮聲。吳化文心頭一驚，他立即意識到山東軍區可能在圍殲日軍援軍，這次行可不單單是為了收拾他，肯定是大作。鬼子大隊長要求吳化文往楊莊方向前進，吳化文可不想去送死。正為難時，東北進軍1個團從北邊追了過來。吳化文以部隊新敗無力再戰為由，掉頭向西往諸城方向而去。鬼子大隊長及其手下被扔在了當地，被東北進軍追上當場消滅。東北進軍的這個團沒有去追擊吳化文部，團長管松濤也聽到了楊莊激烈炮聲，裡面有火箭炮特有的呼嘯聲，他決定向楊莊方向快速前進。
吳化文的猜測沒有錯，李振華正在楊莊圍殲混第5旅團三個大隊，日軍帶隊的正是旅團長長野榮二。
救兵如救火，匆忙中長野榮二失去了以往的諶慎，帶著部隊一腳踏進了李振華設好的伏擊圈。先頭部隊過了楊莊西面的秀珍河，楊莊東側高地的楊仁初特務團、李福澤第1團首先開了火，日軍先頭部隊倒下一片。長野榮二見遇到阻擊，立即命令部隊展開，後續部隊加過河，在秀珍河西岸建立炮兵陣地，準備炮擊阻擊陣地後，攻佔高地。
長野榮二想的很好，日軍九二步兵炮、炮兵剛剛集中，就遭到貢丹山上我軍炮營約炮擊。日軍六門九二步兵炮一炮未發，就被我軍火力覆蓋。炮營打完日軍炮兵陣地後，調轉炮口，炮擊日軍集，這時火箭炮的火力優勢就發揮出來了，一炮擊下去，覆蓋一大片。高機槍準擊高價值目標，12.7㎜子彈鬼子捱上就會解。李振華命令第6團、第18團、第20團全線出擊，日軍損失慘重。
日軍兵力被秀珍河分為兩半，兵力大半進秀珍河東岸，長野榮二命令西岸日軍死死擋住進攻，東岸日軍全力向東突圍。突圍過程中不斷有日軍被殺倒地。西岸我軍全力突擊，貢丹山上炮營提供火火力支援，把日軍到秀珍河西岸，西岸日軍雖只剩200餘人，但拼死抵抗，為東岸日軍爭取時間。
秀珍河東岸，日軍不計傷亡往前突進，眼看1日軍主力就要突出重圍，第1團、特務團各派出一個營衝下高地與日軍糾纏，拖住日軍。就在這時，東北進軍管松濤團趕到，迎著日軍從東向西衝了上去，突圍日軍被了回去。
西岸李振華調集輕重機槍、高機槍制住日軍火力，戰士們衝到日軍陣地前先投一擲手雷，最大限度殺傷日軍後。衝上日軍陣地消滅了西岸頑抗的日軍。機槍組又調到西岸沿秀珍河佈置，向東岸日軍掃，部隊過秀珍河從西向東日軍。
日軍四面被圍只剩下千餘人，李振華為減傷亡，沒有讓戰士們立即衝鋒，而是用炮火洗地，用機槍、高機槍掃。先削弱被圍日軍實力。各式炮彈砸進了被圍日軍人群之中，長野榮二眼見突圍無，又不甘於被挨炸，命令日軍發起決死衝鋒，他自己則切腹自殺。這正中李振華下懷，我軍從容消滅了殘餘日軍。
李振華向山東軍區彙報了戰況，留下東北進軍管松濤團打掃戰場，立即帶領主力沿日軍來時之路，向沂水方向突進。山東軍區也按計劃調集了3個團的兵力向沂水發起進攻。橫掃日軍沂水縣城周邊據點，殘餘日偽軍紛紛退縣城。我軍開始從南、北兩個方向猛攻沂水縣城。
沂水日軍只有500餘人、偽軍1000餘人。他們還不知道第5混旅團主力已被消滅，苦苦支撐著守沂水城，指主力能回師救援。遠遠的著北面煙塵升起，他們還以為是主力回援了，待稍近鬼子大隊長用遠鏡細看才發現是我軍大部隊。鬼子大隊長命令偽軍防好城池，他要集中日軍從西門繞道向城北突擊八路軍。400餘日軍從沂水西門出城，一溜煙向莒縣方向狂奔。偽軍大隊長也不傻，見鬼子溜了，再也無心守城，帶著偽軍也以西門往外逃跑。李振華帶著部隊剛到，一槍還未放，沂水城被我軍佔領。
李振華帶領部隊向莒縣方向追擊日偽軍，偽軍在我軍的追擊下潰散，400餘日軍跑的比兔還快，先一步進了莒縣縣城。李振華一直追到柳青河也沒追上，只得停止追擊的腳步，莒縣不在此次作戰範圍之。
至此收復諸莒地區的戰鬥圓滿結束，收復了蘇魯戰區原防區，還多一個沂水縣。整個戰鬥進行的太快，日軍臨沂、諸城、安丘等地的日軍還沒反應過來，戰鬥就已經結束。日軍想方設法佔領的蘇魯戰區防區，幾個月後最終落到了我軍手中。
山東軍區立即行起來，劃分防區選派部隊部防，諸莒地區大以大浯河為界，北部劃歸了沂山軍區，南部劃歸了魯中軍區。山東抗大分校調了大批行政、軍事、政工人才進，開始協助組建抗日民主政府，組建民兵、婦救會等抗日組織。減租減息的工作也立即展開，山東軍區還同時對沒來得及逃亡的漢、劣坤展開了清算，沒收其家產，罪行嚴重的當場決。沒收的糧食部分分發了下去，沒收的土地優先分發給當地烈屬及軍人家屬，其餘的分給了無地農民，並頌發了地契。
諸莒地區很快就穩定了下來，過救濟、減租減租、分田地等多種方式，讓當地老百姓到了我軍、我黨的不同。軍區還從軍中選拔了一些當地籍貫的幹部前來諾莒地區，並著手培養本地幹部。
山東軍區的軍事行讓日軍措手不及，可礙於日軍兵力不足，無法立即展開報復行。在山東的日軍兵力目前只能做到自保，無法進取。日軍派了一個大隊前往莒縣協防，同時命令逃到諸城的吳化文部進莒縣部防、整補，並把五蓮地區的張步雲部，劃歸吳化文指揮。
