陳毅(坦克上中)等在繳獲的坦克前和戰士合影。

1946年，國民黨挑起內戰后，其徐州綏署主任薛岳指揮25個半旅和1個快速縱隊分4路向蘇北和魯南解放區進攻，從北、西、南三面形成半包圍狀態。中共中央軍委指示，合并解放軍山東、華中兩個野戰軍指揮部，陳毅為司令員兼政委。10月上旬，薛岳派馬勵武率國民黨整編第26師和第1快速縱隊戰車營，自山東韓莊向嶧縣以西的解放軍發起攻擊，并占領棗莊。11月初，馬勵武率部進逼山東解放區的首府———魯南重鎮臨沂。馬勵武雖有孤軍突出之感，但自恃手中有第一快速縱隊的坦克開路，天上有飛機掩護，仍然保持進攻態勢，只是暫時就地筑工事防守，伺機繼續向臨沂方向進攻。

對于進攻之敵，中共中央軍委指示：第一仗擬以打26師為宜。因該師系魯南主力，該師被殲，全局好轉。陳毅等在權衡了敵我力量和利害后，隨即主持召集了師以上干部會議，傳達了中共中央軍委關于魯南戰役的指示，進行了具體的作戰部署。

戰役于1947年1月2日夜10時發起，由于行動突然，敵人在事前未能發覺，因而進展順利。到4日晨，國民黨第26師師部及兩個旅的大部已被殲滅，其殘部和第1快速縱隊也被包圍于陳家橋、作字溝等狹小地區。

第1快速縱隊為美蔣合建，由美軍裝備訓練、蔣介石的兒子蔣緯國苦心經營的“國軍精華”，擁有坦克數十輛和汽車數百輛，而當時解放軍華東部隊中的絕大多數干部戰士不僅沒有打過坦克，而且也沒有看見過坦克。在宿北戰役之前的臺嶧線作戰中陳毅便發現和敵人坦克交手的部隊打坦克的辦法少，有恐懼心理。戰后，他親自調查總結打坦克的經驗，提出“反坦克最有效是破路，鋸大樹作障礙并利用爆炸。我手榴彈、地雷爆炸力小，山炮、迫擊炮命中率不大，機關槍能穿甲者效力最好”。并掀起了反坦克與土工作業的熱潮。

1月4日上午，天氣由陰轉雨，雨雪交加，寒風刺骨，道路泥濘，敵人的重裝備幾乎陷于癱瘓狀態，解放軍立即對“快縱”發起攻擊。為了挽救失敗，敵人在徐州派了飛機給予地面部隊以支援，不過他所規定的空投聯絡信號和標志被陳毅指揮部的報話機收聽到了，也照樣布置了空投場，使敵人的很多物資被投送到了解放軍手上。

“快縱”見空中和地面增援無望，于10時左右開始突圍。陳毅、粟裕立即命令各部隊乘機突擊，將其80旅大部殲滅。未被殲滅的敵坦克、汽車、炮隊和步兵混雜一起，向嶧縣方向奪路潰逃，但主要逃路和橋梁已被解放區軍民破壞，埋了雷、挖了溝，加上洼地泥濘，車輛、火炮陷下不能動彈。解放軍指戰員不顧坦克、大炮和各種火器的攔阻射擊，奮勇沖入敵陣，他們用秫秸、稻草燒坦克，甚至爬上坦克用鐵鍬、鐵鎬砸天線、砸折光鏡；幾個小時便把這支裝甲部隊殲滅。到下午3時，國民黨整編26師和第1快速縱隊幾乎被全部消滅，只有7輛坦克逃跑。

戰斗勝利結束后，陳毅立即趕赴現場察看。在一輛剛繳獲的美制坦克車前，陳毅縱身登上坦克，在高高的炮塔頂上坐下，一腳踏著炮身，和同行人員合影留念，并乘興賦詩一首：

快速縱隊走如飛，印緬歸來自鼓吹。魯南泥濘行不得，坦克都成廢鐵堆。快速縱隊今以矣，二十六師汝何為。徐州薛岳掩面哭，南京蔣賊應淚垂。

9日晚，陳毅乘勝指揮部隊向嶧縣縣城發起攻擊，激戰至11日拂曉，殲整編第51師第114旅一部、整編第52師第98團及整編第26師后方機關、保安團隊等共7000余人，俘獲整編第26師師長馬勵武，繳獲逃入嶧縣的7輛坦克。

此役歷時19天，陳毅等指揮山東野戰軍和華東野戰軍共殲國民黨軍5.3萬余人，繳獲坦克24輛、各種火炮200余門、汽車474輛，首創華東戰場人民解放軍一次殲滅國民黨軍2個整編師(加1個快速縱隊)的紀錄。