隊的兵力約五千七百人，趁敵對我山東各根據地進行普遍大掃蕩及我濱海地區集中力量積極反掃蕩之際，又乘機侵占了東自崖下，西至草嶺，南自竹磨、北至黃墩，縱橫約五十裏的甲子山區。
孫煥彩繼續對我八路軍大搞摩擦，積極擴充實力，日夜搶修工事，以所謂“肉球”戰術，步步向我進迫，摧殘抗日民主政權，捕殺我地方工作人員，特別是對我鄉村幹部及開明人士，抓到後都冠以通八路軍罪名加以殺害，他們還偽裝成我軍大肆抓兵搶糧，打家劫舍，其勢極為猖狂，成為我濱海根據地的心腹之患。
為鞏固濱海抗日根據地，擺脫軍事上的被動地位，更有力地應付和粉碎敵人的掃蕩和蠶食，並以支援萬毅的名義，在羅榮桓的建議下，山東分局和山東軍政委員會決定發起第三次甲子山討叛戰役，以優勢兵力收複甲子山區。
戰前，山東分局書記朱瑞主持召開高級軍事幹部會議，朱瑞在會上作了重要講話後，請羅榮桓作部署。
山東軍區司令員羅榮桓站起來說：“參戰部隊除第一一一師外，還有剛從蘇北調回的一一五師教導二旅、教導五旅六團、特務團及山東軍區第二旅五團和第六團，濱海軍分區獨立團，莒中獨立營等單位，請這些單位必須在十二月十五日之前趕到目的地。下麵有陳光同誌下達作戰命令。”
陳光神采奕奕地站起來：“是！現成立四個縱隊：左縱隊由師參謀長兼濱海軍區司令員陳士榘指揮山東軍區兩團和濱海獨立團從東向西攻打；右縱隊由梁興初旅長指揮教導五旅從東麵繞過朱蘆和劉家東山攻占孫煥彩師部駐地石場，中心開花。”
“是！”眾道。
“另外，中央縱隊曾國華指揮教導二旅六團、山東軍區第二旅第五團和第六團從西麵攻占祉坊、旋子口；迂回縱隊由萬毅指揮一一一師、莒中獨立營等日、贛、莒三縣地方部隊從西麵迂回包抄甲子山和山南的祉坊，斷孫煥彩的後路，並監視和阻擊北麵敵人的支援。”
戰鬥從十二月十七日晚上十時打響，右縱隊教導五旅十三團向石場發起攻擊，由於頑軍工事堅固，我軍過早暴露企圖，進展遲緩，隻將朱蘆援敵擊潰，並斃傷一部。
中央縱隊教導二旅六團以神勇的動作，攻占了旋子口；山縱二旅五團迅速攻占了三皇山，切斷了叛軍向西突圍的道路；迂回縱隊一一一師攻占甲子山主峰及趙家、劉家彩等頑軍陣地；左縱隊二旅六團控製了浮棚山、雲頂山、蒲汪等陣地，準備截擊由北向南增援的敵人，並擊潰前來增援的漢奸朱信齋部。
不一會，教導五旅攻占石場頑軍土碉堡，隨後擊潰其多次反撲，斃傷頑軍三百餘人，我亦傷亡一百餘人。
接著，教導二旅六團攻擊址坊數次未克；同時，山縱二旅五團攻占朱蘆河以西部分碉堡，殲頑軍二百餘人。
黃昏時分，教導五旅重點進攻劉家東山，屢次爆破未成；一一五師特務營及教導二旅五團一部則攻占了茅墩，殲敵一部。
漢奸朱信齋殘部由日莒公路以北南援，在浮棚山東被萬毅師一部擊潰。是日黃昏，巨峰前後崖下、簸箕口、北山頭等地的頑軍向劉家東山、址坊潰退，被萬毅師主力及抗大一分校殲滅二百餘人。經三晝夜戰鬥，我軍已控製了甲子山主要陣地。頑軍被迫向中心區退縮，集中固守要點，企圖頑抗待援。
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