情报处将破译出的情报整理分析后送呈参谋处长李作鹏。其中一份情报引起了李作鹏的重视。有一路日伪军共2300余人，将从莒县出发，沿沂博公路北返淄博，途经鲁中军区控制的一段险峻地形，这是设伏的好机会。他当即将此情报向罗荣桓作了汇报，并转发给鲁中军区司令部。
9月2日，鲁中军区作战会议在埠前村召开，一幅十五万分之一的军用地图铺在一张农家方桌上，军区政治委员罗舜初首先介绍敌情：
“据山东军区提供的情报和我们的侦察结果，北返淄博的敌人分为左、右两路。右路为日军第59师团第43大队450人和滨县伪警备队300人，伪第47师200人，共计近千人，指挥官是大队长草野清中佐。左路为吴化文部第47师4个营和独立第1旅一部，共1200人，指挥官为旅长陈三坎。草野清部沿沂博公路回窜，陈三坎部由沂水城西渡沂河北撤，两路敌人孤军深入抗日根据地腹地，且沿途峰峦叠嶂，遍地青纱帐，像是专门送上门来的两块肥肉，我们决定把它吃掉！”
参谋处长胡奇才手持红蓝铅笔，指着地图说：
“我们准备在葛庄设一个伏击圈，那里有一条1.5公里长的狭长洼地，四面环山，地形险要，如果敌人进入伏击圈就很难活着出去啦！1团埋伏在葛庄以东跋山一带，2团埋伏于葛庄以西乔山坡，4团1个营和4分区警卫连隐蔽于葛庄西南无儿崮和河套村，4团另一个营和军区特务营隐蔽于沂河南岸陶沟一带，4分区12团隐蔽于峭山坡一带。日军带有两门山炮，一定要夺过来！下一步攻城拔点任务多，有了山炮就解决大问题了……”
9月3日上午8时，右路敌军在草野清的率领下出现在沂博公路上。4匹马牵引的山炮走在最前面，随后是1个小队的骑兵，步兵呈4路纵队走在中间。后面是赶集一般的伪军，肩上背着大包小包，枪上挑着扑扇着翅膀的鸡鸭，驱赶着牛羊前吆后喝地往葛庄而来。
太阳当顶，日伪军钻进葛庄开始埋锅造饭。突然，四面枪声大作，手榴弹的爆炸声震撼着山谷，伪军吓得东奔西窜。草野清举起望远镜朝四周观察，西面山势险峻，自料难以逾越，于是下令调头东返。
岗田健率第5中队在炮火掩护下朝镢头岭攻击，刚到岭下的南阳河滩正好与1团1营1连迎面相遇。100多把刺刀对100多把刺刀，只一个回合，十几名日军便惨叫着倒下去了，而八路军却无一伤亡。岗田健大尉气得嗷嗷叫，挥舞军刀带头拼杀。日军的战斗力大不如前，崇尚武士道精神的日军向以擅长刺杀而闻名，在大战初开之时，3名日军背靠背，几十人都休想拢身。经过7年战争，日军的精锐大多钝化，以致连刺杀这种看家本领也丢掉了。
仅20分钟，已有50多名日军倒在血泊之中，岗田健恼羞成怒，挥刀疾进，陷入重围被3把刺刀高高挑起，重重摔在河滩上当场毙命，剩下的日军不敢恋战，掉头溃逃。一名小个子吓得腿肚子发软，眼看着被追上，索性转过身来右手举到帽檐不停地行礼，左手放下步枪，接着解下身上的子弹盒、刺刀鞘和背包，点头哈腰地说：“统统的给你，统统的给你……”
这是葛庄战斗中的第一个俘虏。
草野清中佐见第5中队败下阵来，严厉督促第1、4中队再次扑向镢头岭。两门山炮和两门迫击炮集中火力向镢头岭阵地轰击，山头上土石纷飞，烟云直冲霄汉。
日军对镢头岭的冲锋接连受挫，草野清见天近黄昏，到了晚上他的炮火便失去了目标，不得不退向葛庄西北的水母娘娘庙，抢修工事负隅顽抗。
9 八路军“弃阵逃散”
左路伪军陈三坎部见右路被袭，于是沿沂河西侧前进，企图策应右路日军，行至陶沟附近，遭到鲁中4团和特务营的伏击。陈三坎指挥伪军先后4次突围，均未成功。战至次日中午，陈三坎被击毙，伪军大部投降，仅200余人逃散。
水母娘娘庙建在一个不高的土丘上，原有大殿、后殿和厢房十几间，日军曾一度在此设据点，将后殿拆除，四周砌上围墙。日军被逼退后，民兵平毁了围墙。草野清败退至此，下令抢修工事，构筑掩体。
夜幕初降，舟状的月牙在云海中游荡。罗舜初和胡奇才策马来到前线，孙继先迎了上去。“上级来电，说莒县的敌人没有前来增援的迹象，不要急，慢慢打！”罗舜初翻身下马察看了一下娘娘庙的地形，“不好攻嘛，要动动脑筋。”
胡奇才沉思片刻，说，“敌人缺粮断水，不能持久，干脆在四周构筑工事，火力封锁，迫敌突围。”
“好主意，”孙继先补充道，“南边网开一面，诱敌向沂河突围，我们在河两岸设伏，将其逼下河，打死也好，淹死也好，都是一个目的——消灭敌人。”
晚9点30分，后续部队进入阵地，开始火力攻击，轻重机枪一齐开火，娘娘庙大殿东南角燃起熊熊大火，日军在火光里乱喊乱窜。一阵扫射之后，几名日军中弹倒下，其余的吓得躲在石碑、断墙之后不敢动弹。
到了子夜，月牙消逝了，天空漆黑一团。此时庙里一阵骚动，日军的大炮吼叫起来，随后机枪也嘎嘎响起。双方火力对峙了一夜，直至拂晓枪炮声才沉寂了。
草野清熬过了一个恐怖的夜晚，太阳一出，他的胆也壮了，决定凭借优势火力杀出一条血路。他观察了一阵，发现南面是八路军的薄弱环节，便下令一个小队向北佯攻，大部向南突围。
上午8时，日军炮火向北面阵地轰击。孙继先的心猛地一沉，难道鬼子要向北突围？他正在担心，突然发现30多名日军虚张声势地朝北冲锋，队形拉得很开。
“声东击西！好得很。”孙继先猛捶大腿，“打！把敌人打回去。”
日军冲了一阵，见火力太猛，仓皇回撤。草野清命令调转炮火向南狂轰滥炸，日军倾巢而出，向南边阵地拥去。八路军且战且退，最后“抵挡”不住，弃阵“逃散”了。日军冲向河滩，开始渡河，炮车、辎重和战马拥挤在狭长的河滩上，混乱不堪。
此时，预伏在沂河两岸的部队突然杀出，日军陷入重重包围，成片成片地倒下，河水顿成血色。草野清自知陷入绝境，拼命顽抗，率部顺河且战且退。两岸八路军平行追击，战至下午6时，日伪军大部被歼，草野清带残部向无儿崮方向拼死冲击。
防守无儿崮的是4分区警卫连，可该连见沂河滩上杀得热闹，擅自参战，只留一个排防守阵地。由于兵力薄弱，被草野清突破了阵地。
黄昏时分，草野清登上无儿崮险峰，清点人数，日军只剩45人，伪军剩126人。
9月6日，莒县守敌田坂旅团长率1700余人，在13架飞机掩护下赶来增援，草野清残部始才获救。
此战共毙日军300余人，俘日军31人，毙伪军1300余人，俘367人；缴获山炮两门（1门毁坏，另1门参加过解放战争，至今陈列在上海博物馆），缴获60迫击炮两门和大批辎重。
10 盘点
山东军区部队秋季攻势作战，8月19日至9月23日，胶东军区以第13团、第14与第16团各一部、特务营及4个军分区独立团在民兵配合下，采取分区作战、交错进行的方式，对胶东日伪军发起进攻，收复文登、荣成两座县城，攻占古岘、旧店、水道、龙口等据点130余处，歼日伪军5000余人，使胶东4个军分区连成一片。8月24日，渤海军区直属团、特务营，在地方武装、民兵配合下，发起以解放沾（化）、利（津）、滨（县）边地区为主的全区性攻势，至10月底，共歼日伪军5000余人，攻克乐陵、临邑、南皮3座县城，解放了沾化、青城（今高青县）两县除县城以外的地区，打通了各军分区的联系。9月3至6日，鲁中军区集中4个团的兵力，乘“扫荡”滨海区的日伪军回撤之机，在沂水城西北葛庄地区设伏，歼日军300余人，伪军1300余人。
1944年8月28日，延安《解放日报》曾发表题为《山东捷报》的社论，对山东军民发动攻势作战，向敌展开局部反攻以来的胜利，进行了评述。社论指出，这一连串的胜利，说明我军已由反“扫荡”为重点的防御作战转为主动的进攻作战，不仅能攻破敌人设防坚固的据点，而且开始攻入和收复敌占县城。但敌强我弱的基本形势尚未改变，因此，不能骄傲自满，应当不断研究敌人，要有效地打击敌人，争取新的胜利。