1947年6月末，華東野戰軍接到上級指示，為配合劉伯承鄧小平的晉冀魯豫野戰軍‘千裏躍進大別山’，開啟與其會師道路，部隊要采取分兵行動。指示中特別強調‘如行動過緩，則來不及’。
粟裕後來回憶：‘在接到6月29日分兵指示前，我們是按照上級5月22日指示，準備以七、八個月時間，即在1947年年底之前，集中全部主力在內線各個殲敵，在接到6月29日分兵指示，到全軍開始行動，僅有一天多時間’。
從當時形勢看，華東野戰軍所在山東戰場雖然剛結束孟良崮戰役不久，使蔣軍受到了嚴重打擊，但他們並沒有放棄在山東實施重點進攻的計劃，其攻擊兵團九個整編師重新編組，全部部署在一線，繼續保持進攻態勢，企圖迫使華東野戰軍在魯中的狹窄地區與之決戰。
如果此時華東野戰軍組織得當，堅持內線作戰，很有可能在機動中尋機殲敵，取得很好的戰果。但‘劉鄧大軍‘’千裏躍進大別山’在即，必須要有部隊給其強有力的軍事行動配合。大局之下，組織上認為華東野戰軍分兵行動，各取所需，勢在必行。進而下達指示，命令華東野戰軍司令員陳毅、副司令員粟裕組織部隊，分別開展行動。
七月初，華東野戰軍在準備並不充分的情況下，開始分兵作戰。
第一縱隊司令員葉飛、第四縱隊司令員陶勇率領的所部組成的左路兵團，在魯南地區長途奔襲，深入蔣軍側後，攻占費縣、棗莊、嶧縣，但在接下來攻擊藤縣和鄒縣時，連連不克，並且被增援的敵軍粘住。
孤懸敵後左路兵團陷入重圍，最後，在派出一支部吸引住敵軍後，主力才歷經艱難突出重圍，他們在與大部隊匯合時，身上除了短褲、背心和槍支子彈袋外，什麽都沒有了，渾身泥土，腳板都泡爛了，許多人還流著血……。
華東野戰軍參謀長陳士榘和政治部主任唐亮率領的由第三、八、十縱隊組成的右路兵團，也遭遇了大麻煩，第三縱隊在攻打濟寧時，屢攻不下，反而傷亡了三千多人。
第十縱隊在攻擊汶上縣城時，連續攻擊六天未果，部隊損失嚴重，並且還陷入了敵軍的包圍之中，在突圍行動中，面對只有北渡黃河才能脫險的絕境，官兵們在沒有渡河工具的情況下，毅然在暴雨中向黃河撲去。
最後，敵人突破阻擊沖到河邊，攔住了沒有來得及渡河的部份機關幹部、勤雜人員、大量傷員以及四千余名民工，除了少數官兵突了出來，其余大部份人員被俘或失散。
而由陳毅、粟裕指揮的由第二、六、七、九縱隊組成的中路兵團，也在攻打南麻、臨朐的戰鬥中，連吃敗仗，損失慘重。
‘七月分兵’以來，山東戰場各部隊連續作戰失利，蔣軍占領了大片地區，而華東野戰軍的重要物資基地和數萬名傷員安置地，也面臨被占領的危險。特別嚴重的是在持續的戰鬥中，華東野戰軍減員總計高達五萬余人，遭到組建以來前所未有的損失。
粟裕起草了發給上級的戰鬥總結電報，詳細分析了華東野戰軍在戰略戰術上的不足之處，但因與司令員陳毅和副政委譚震林有不同意見，電報未能發出。
於是粟裕又另行起草了一封短電發給上級——作為戰役的主要指揮者，粟裕認為自己應對戰場失利負責。但陳毅對粟裕的自責深感不安，認為作戰不力不能讓他一個人承擔責任，為此，陳毅與粟裕徹夜長談，探討溝通，解決問題。
但上級並未對他們的失利多加指責，認為各部雖有幾仗未打好，但完成了集中兵力分散敵人的巨大任務，對於爭取新勝利極為有利，並指示他們繼續行動，全面配合處境艱難的‘劉鄧大軍’行動，這讓陳毅粟裕清晰理解了上級從戰爭全域出發的作戰意圖，因此他們除了留下少數部隊堅持與蔣軍纏結外，華東野戰軍主力和’劉鄧大軍’一樣直插中原，完成戰略布局。
連續的失利，也給蔣軍造成了巨大錯覺，他們認為華東野戰軍已潰不成軍，不敢再戰，蔣軍的驕狂為粟裕排兵布陣創造了機會。
9月7日，華東野戰軍七個縱隊加上晉冀魯豫野戰軍一個縱隊，在菏澤以東的沙土集地區，完成了對突前冒進的蔣軍整編57師的合圍。
八日，總攻發起，這是沒有懸念的一戰，華東野戰軍以絕對優勢兵力向57師發動猛烈攻擊，很快，戰鬥順利結束。
沙土集一戰，殲滅蔣軍整編57師師部和兩個旅共9500余人，其中俘虜中將師長段霖茂以下7500余人，華東野戰軍部隊傷亡和失蹤2300余人。
戰鬥結束三天後，上級致電陳毅粟裕：‘沙土集殲滅57師全部的大勝利，對於整個南線戰局的發展有極大意義，特向全體將士致慶賀與慰問’。
粟裕指揮的沙土集之戰，是一場規模不是很大的戰役，但改變了華東野戰軍的被動局面，迫使蔣軍從山東內線戰場和‘劉鄧大軍’周圍抽調回四個整編師。此後，在中國遼闊的中原地帶，一個影響到整個戰爭行程的新局面產生了。
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