1945年8月25日上午。延安东关机场一架美国军用飞机，轰然腾空，开始了一次非同寻常的航行。美军飞机在中国从未一次载运过这么多中国共产党的重要人物：舱内挤挤挨挨坐着的，是陈毅，以及刘伯承、邓小平、薄一波、陈赓、林彪、肖劲光、滕代远等20名中共的高级干部。
　　在不足一个月的时间里，远东和世界局势发生了重大转折，鉴于苏联于8月8日对日宣战，毛泽东主席亦于8月9日在延安发出《对日寇的最后一战》的战斗号令。所有中国解放区的军民都行动起来，“猛烈地扩大解放区，缩小沦陷区”，向一切不愿投降的侵略者及其走狗实行广泛的进攻。8月12日，中共中央对华中的斗争作了新的部署。为具体落实中央的这一部署，陈毅又为中央军委起草了对中共中央华中局和新四军五师地区的如下指示：在江南方面，立即有计划分路发动进攻，占领吴兴、长兴、宜兴、溧阳、溧水、郎溪、广德、金坛、句容、高淳诸城镇，太湖西岸各地及浙西敌区各县；对京沪沿线苏州、无锡、武进、镇江、丹阳等城，可相机占领，不可能时即不要去，能占领时亦不宜作久住之计，而主要的是去占领各该县的农村市镇。
　　在江北方面，应将津浦路以东、长江以北、陇海以南、运河两岸这一整块地区打成一片，占领所有城市，解放所有地区，打定长期巩固根据地的基矗军部在运河沿线，选择适当指挥位置。
　　中共中央为加强军事工作的领导，中央政治局于8月23日的扩大会议决定，组成以毛泽东为首的新的中共中央革命军事委员会，陈毅为12委员之一。
　　对于陈毅的工作，中共中央也作过审慎的研究。因为当时迅速从日伪手中收复东北是全党的一项突出重要的任务，主持东北军事工作有两个人选：一是陈毅，一是林彪，中央考虑华中更需要陈毅，便由毛泽东主席和他谈话。
　　陈毅考虑到同饶漱石的关系问题，坦诚地说：回华中去恐怕没有事做，不起作用。毛泽东说，怎么不起作用，只要你坐在那里就起作用。于是陈毅答应下来了，并请中央放心。当他飞往太行的第二天，中共中央便发了个电报给华中局：“陈毅同志昨日飞抵太行，转赴华中。陈态度很好，一切问题均谈通。
　　分工：饶为书记及政委，陈为军长及副书记，其余不变。”
　　飞机把他们送到晋东南黎城县长凝机场后，便飞返延安了。陈毅要从太行赴华中，还有数百里跋涉，恰好一起从延安飞来的冀鲁豫军区司令员杨得志也要回军区，便由他组织护送。9月下旬，到达濮阳。
　　9月19日，中共中央根据国民党军行动而提出的总战略方针──“向北发展，向南防御”，决定从山东调兵数万，迅速开赴东北，新四军江南主力北撤，一部进入山东。9月26日，陈毅收到中共中央9月23日的来电，要他不要去华中，“取捷径直到山东”接替山东军区司令员兼政委罗荣桓的工作，以便罗率部去东北。
　　陈毅穿一身粗布军装，由冀鲁豫军区安排，一程接一程地护送前行。当他们时而骑牲口，时而步行，风尘仆仆地长途跋涉时，他们的对手──国民党军将领们也正穿着美式呢料军服，乘着美式吉普，还有美国飞机、军舰，同他夺路抢行。据报，国民党先头部队9个师已开进徐州，后续10个军的兵力也正在或准备向津浦线南段开进，双方都在争分夺秒地前进。
　　10月3日，陈毅一行终于东渡微山湖，抵达微山湖东岸的夏镇（现微山县所在地）。来迎接他的人正是1943年送他西渡微山湖的鲁南军区独立支队副政委杨广立，这个支队已经编为第八师二十四团了，两人相见，倍感亲切。
　　陈毅说，他带有党中央、毛主席的重要指示，要迅速赶到山东分局，要设法立即送他过铁路。陈毅向干部们传达了“七大”精神，当即起程。陈毅一行在临城和沙沟之间过了津浦铁路。陈毅发现这条贯穿南北的钢铁大动脉还完整通畅，而10几万国民党军和日伪军正从徐州方面沿着它节节逼向北线，阻遏他们已到了刻不容缓的时候。陈毅向杨广立交代，立即组织部队、民兵破路，一天都不能等，埋地雷，翻车厢，扒铁轨、挖枕木、割电线、砍电杆，发动沿线群众一起干，谁搞的就归谁扛回家，破坏桥梁、路基成功的，还可张榜由公家定价奖赏。
　　过了铁路，第二天上午就赶到峄县（今峄城）。在第八师师部传达了中央指示和“七大”精神后，当晚便乘吉普车赶到山东军区所在地临沂，和在那里迎候的罗荣桓亲切会合。
　　罗荣桓移交工作以后，就要迅速带部队到东北去了。罗荣桓走后，陈毅将面对一个什么样的局面呢？
　　首先，山东主力部队将以绝大多数开赴东北，包括八路军山东军区第一、二、三、七师全部，第五、六师的主力，18个警备团和基干团，部份军政干部共约6万人，只留下第四、第八两个师。与此同时新四军三师约3万余人，也由黄克诚师长率领北调出关。陈毅所能指挥使用的山东野战部队，实际只有5万，加上警备旅和区县武装，以及华中方向新四军9个旅，整个华东总兵力也才40万人。兵力不强这是第一难。
　　第二难，是华东局面复杂，敌情严重。蒋介石还都南京，苏鲁解放区将成为直接威胁国民党南京政权的“大患”，成为蒋介石调兵北运的“大障”，必先除之而后快。而陈毅所辖部队，力量相当分散，有刚从华中调来山东的，有刚从地方武装上升为主力部队的，有在某一地区活动发展多年不愿远离“老家”的??也有干部过去对陈毅并不熟悉而个性很强，不那么“听招呼”的??要在这种情况下将各个方面的力量归统起来，形成一个强大的、集中协调的，可以实施机动作战的野战大兵团，来对付装备、兵力占绝对优势的敌人，决不是轻而易举的事。
　　与罗荣桓司令的工作交接，在一片紧张和匆忙的气氛中进行。陈毅为此在临沂停留了10多天。这期间，津浦路线上的敌情日益紧迫。可以说从延安到临沂，从最高统帅部直到鲁中南各级指挥员，此刻都意识到全局最关重要的目标，正是在津浦铁路线上。
　　津浦路的蒋军行动很快：9月30日，徐州的国民党第十二军、骑二军及伪军吴化文部开始北进，10月1日抵临城（今薛城），3日在山东第八师及警备八旅尚未赶到的情况下进占了滕县。6日到达充州。9日，与山东第4师先头一部遭遇后，蒋军主力取道铁路以西继续北进，11日，其先头部队利用山东军区部队主力尚未调转、破路不够彻底之机，已进抵济南，后续部队正准备源源跟上。照此下去，只要20天，国民党大批主力就能顺利通过津浦线到达平津地区。据此，军委指示陈、罗、黎（山东军区副政治委员黎玉）等人：“目前山东与华中的中心任务（除出兵东北外）就是截断津浦路，阻止顽军北上，并力求消灭北上顽军之一部或大部。”
　　为有力实施这一作战意图，决定成立津浦前线指挥所，由陈毅亲往前线实施统一指挥。10月15日，也即由延安抵达山东的第12天，陈毅偕黎玉等人率前线指挥所进驻邹县香城，组织抗战胜利以来第一个集中大兵团作战的战役。
　　陈毅在香城召开了团以上干部会议，传达中共“七大”精神，并作反内战的动员。他以简明通俗的语句表达了自卫作战的理由和决心：“此山是我开，此树是我栽，谁敢来摘果，把枪缴下来！”
　　当时兵力的部署安排是这样的：自北向南，以渤海军区武装控制并破袭济南以北铁路，使到达济南的国民党2个军不能继续北进；以山东第三、第四师及鲁中警备三旅进攻泰安、兖州之间日伪军；以山东八师及鲁南警备八旅进攻邹县至临城间日伪军；以鲁南警备九旅进迫徐州、临城、枣庄以钳制敌人。总之，在济南至徐州沿线，共集中了20个团的主力。指挥所根据当面敌人情况，决定采取轮番使用兵力的战法，使部队在长途行军后的连续作战中，仍能保持有力的突击力量。
　　10月18日，山东军区第八师主力首先发起战斗，以奔袭手段从邹县东、西门连续爆破成功，全歼守城伪军2500余和日军200余人。接着又迫使邹县南侧日军300人投降，控制了邹县以南80余里铁路，山东第三、第四师则攻克大汶口，控制了南北铁路20余里。至此，国民党徐济间交通再度被切断。
　　10月下旬，国民党徐州绥署以第十九集团军率第九十七军及骑八师进至临城，另以第五路军吴化文部在日军掩护下自膝县向北，以伪山东特务旅自兖州向南，企图南北对进，首先打通兖州、膝县间交通。
　　此时的陈毅，手中兵力未集齐，而山东主力第三、第四两师又很快要渡海北上，他分析当面敌情：敌主力也尚未到达，而吴化文第五路军脱离工事完全处于运动之中，攻歼较有把握。因此，指挥部决心以山东主力第八师，加上新四军刚入鲁的部队第九旅、第五旅，以伏击手段歼灭吴化文部。
　　11月3日午后1时，当吴化文部以日军打头阵，运动至伏击圈内时，各路伏兵按预定计划分路出击，仅经两小时激战，即将敌大部歼灭，吴化文单人匹马逃走。此役俘敌军、师长以下4000余人，控制铁路100余里。
　　捷报声中，阔别一年多的张茜从淮阴、临沂来到香城。陈毅去看望新四军二纵司令员罗炳辉时，和张茜并马前往，一路欢声。11日，中共中央给陈毅发来电报说：“庆祝你们歼灭吴化文胜利！准备战胜必然要来的大举进攻，集中部队向铁路南北扩展。”当日，警备八旅又歼灭从两下店北犯的日伪军。
　　当夜，山东八师主力奉陈毅命令沿津浦路西侧南下，进迫临城，其二十三团向临城以西的柏山守敌发起了进攻。一营三连班长陈金合在临城援敌眼看逼近，敌堡未攻克，守敌将无法全歼的紧急情况下，毅然摘下帽子摔给连长作为诀别，冲到敌碉堡前拉响了一枚特大型快速手雷，瞬间火光冲天，敌堡摧毁。陈金合却已粉身碎骨，以自己宝贵的生命换取了战斗的最后胜利。
　　陈毅听到消息，深为感动，给以极高的评价说：“陈金合是实际战争的领导者，是彻头彻尾的共产主义英雄！”一个学习陈金合的热潮很快形成。
　　为进一步扩大对津浦线的占领，指挥部又决定以原有主力加上刚由淮南北进的新四军四旅、十九旅，分别先后攻克了临城外围的沙沟、官庄等据点，使敌人缩踞在临城固守。临城工事坚固，且有炮兵、航空兵支援。陈毅据此情况决定包围临城突然撤兵，以第八师攻滕县，以第九旅攻小窑、陶庄。
　　八师的滕县攻坚战打得十分出色。先打外围，全歼蒋军新二师，俘师长以下2000余人，缴获山炮2门。滕县城内守军共约9000人。战斗于18日黄昏发起，刚成立12天的山炮连首战以17发炮弹便命中15发，有效压制了敌火力。突击部队连续爆破，冲入城内。经两夜一日激战，仅以400人伤亡，歼灭了数量上与己相等，而火力优于已方的敌军，共俘旅长以下7600人，击毙师长以下1000余人，缴6门山炮及其它弹药物资甚多，获得全胜。然而在战斗中，亲临阵前观察敌情地形的八师师长兼政治委员王麓水，却不幸中弹牺牲。其后，陈毅和黎玉到八师视察，沉痛地参加了在城西举行的追悼会。
　　与此同时，第9旅也胜利攻克了小窑、陶庄两地。
　　津浦前线作战胜利，使陈毅所部控制了津浦路共260里长和临枣路40里长的铁路线，歼灭了大量蒋、日、伪军，使国民党迅速打通津浦路的企图终告失败，同时，也改善了山东部队的作战阵地及装备，掩护了主力的调配集中。在这一时期，华中野战军也完成了北调、集中和整编任务，并攻克了盐城、高邮等地，改善了作战条件，也锻炼提高了部队。总结回顾这一时期作战经验，陈毅深深感到“解决从游击战转到运动战的许多实际问题，强调兵种协同、步炮、攻守协同十分重要。”据此，他抽调部队进行临时整训，指示团以上干部学习毛泽东所著《中国革命战争的战略问题》，同时要新四军部队认真组织学习八路军部队的爆破攻坚技术。这些都显示了陈毅在从分散游击战转向大兵团运动战的初期，对部队的适应与转换能力的提高，已给予极大的重视。这是自红军诞生以来，人民解放军的一个历史性大转变。而在取得初步胜利的同时，也暴露了许多问题和弱点，如何克服它们，将是今后一时期陈毅面临的重要问题之一。
　　1946年1月7日，中共中央军委决定成立山东野战军（简称山野），并以新四军军部兼山东军区，陈毅任山东军区和山东野战军司令员，张云逸为军区副司令员、黎玉为军区副政委兼野战军政委。同时明令规定，以粟裕为司令员，谭震林为政委的华中野战军，在战略行动上归陈毅指挥。
　　从当时全国战场看，国民党军在津浦线受阻、被歼的同时，又在上党、邯郸两战役中丧师6.5万人，这更加暴露出其战争准备尚未就绪的弱点，加之国内“反内战，要民主”的呼声高涨，国际舆论也有压力，因此蒋介石请出了美国人，出面“调停”国共争端，解救自己的不利处境。至此，国民党方面不得不在关内暂停军事上的冒险进攻，和中国共产党签订了停战协定。
　　双方共同宣布，于1946年1月13日实施全面停战。
　　然而，谁能相信这就是永久的和平呢？陈毅司令员告诫部属：和平谈判是高级领导人的事，你们部队的责任就是准备打仗。