“第51師周師長、副師長、參謀長、各旅團長，弟等固守棗莊主要據點苦戰旬余，屹立不搖。刻已令我各路援軍兼程急進，限期增援解圍，務希所部上下固守待援。”這是蔣介石在1947年1月16日發給困守棗莊的整編第51師的電報，和過去一樣又是蔣介石的空頭支票，直至整編第51師覆滅，所謂援軍始終都只存在于電報里。

在魯南戰役第一、二階段結束后，華東野戰軍向棗莊發起進攻，戰斗目標為收復棗莊及其周邊地區并殲滅整編第51師。在整編第26師和第1快速縱隊被殲滅后，原本擔任守備后方的整編第51師此時已經處于戰場第一線。

整編第51師由東北軍第51軍改編而來，在經歷了抗戰之后，部隊實力已經大不如前。此時的整編第51師下轄2個旅共4個團，師長為周毓英、副師長為韓世儒、參謀長為李顯宗，2個旅的番號分別是整編第113旅（旅長為李玉唐)和整編第114旅（旅長為李步清)，4個團的番號為第337團、第338團、第341團和第342團，師直屬部隊有特務營、炮兵營、工兵營、通訊營和輜重營。

由于整編第51師吃空餉的情況比較嚴重，全師實際僅有1萬多人，和抗戰時期的第51軍比較，只有武器裝備水平有大幅度的提升，該部在接收了投降日軍的裝備后，成為了日械部隊，并且擁有了一個日式山炮營。

解放戰爭開始后，整編第51師迅速被投入到戰場上。因地方雜牌部隊善于保存實力，對于進攻作戰十分消極，在有中央軍部隊的情況下，雜牌部隊一般擔任后方守備任務，當中央軍整編第26師和第1快速縱隊在前面進攻，整編第51師就留守后方的棗莊一帶。

魯南這一區域的國民黨軍隊當時兵力并不多，需要防守的地方又多，導致整編第51師的部署非常分散。整編第51師的師直屬部隊、第338團和第342團主力，以及配屬的美式榴彈炮營守備棗莊，由師長周毓英親自指揮；整編第113旅旅長李玉唐指揮旅部和第337團守備棗莊以西的齊村、整編第114旅旅長李步清指揮旅部、第342團的1個營及輜重營守備嶧縣，第341團守備棗莊郭里集。

國民黨軍原本預想的很好，部隊這么分散部署，在戰斗打響后可以互相呼應。但當我軍在查明敵軍部署后，一開始就把整編第51師各部給分割包圍了，這使得駐守各據點的國民黨軍一個個被我軍吃掉，所謂互相呼應的計劃也泡了湯。

整編第51師駐守嶧縣的部隊和整編第26師殘部在1月11日一同覆滅，旅長李步清在突圍過程中被俘。

同一天，華野第1師開始進攻棗莊，整編第51師根本搞不清楚我軍出動了多少部隊，周毓英下定決心準備全力固守棗莊等待援軍，于是就命令距離棗莊比較遠的郭里集守軍第341團先撤回棗莊。第341團接到命令后于12日開始突圍，國民黨軍隊野戰一直都很拉胯，這一次也不例外。該團在突圍過程中遭到截擊，立即四散奔逃，除大部被殲滅外，只有數百人逃回了棗莊。

而棗莊的國民黨軍隊憑借防御工事頑強抵抗，主攻的第1師部隊進展非常緩慢，到14日僅突破棗莊的前沿據點。為了加速殲滅整編第51師，華野把第1縱隊第1旅換下第1師進攻齊村的部隊，又新投入3個團配合第1師全力進攻棗莊之敵。

在我軍增加兵力后，16日齊村的敵軍率先被殲滅，第337團團長王匡趁亂逃出，帶領部署在齊村西南李村內未被包圍的1個營跑路。防守棗莊的整編第51師主力在我軍強大的攻勢面前，節節敗退，部隊士氣越來越低落。19日黃昏，我軍發起總攻，戰至次日下午2點，整編第51師在部隊損失殆盡的情況下被迫繳械投降。

從兵力對比上來看，防守棗莊的整編第51師主力只有2個團，再加上師直屬部以及雜七雜八的部隊，充其量不過3個團的戰力。而解放軍方面具有絕對的優勢兵力，僅棗莊攻堅戰就先后投入第1師的8個團加上增加的3個團一共是11個團的兵力。

如果戰前整編第51師能夠集中兵力固守棗莊，再增加2個團的兵力，想必一定可以繼續堅持幾天。從11號打到20日，作為一支雜牌部隊來說表現已經算是不錯了，只是解放軍兵力太多，而國民黨軍隊所謂的援軍根本沒有，堅持時間長還是短于事無補。除非整編第51師能夠守15天以上，或許還有轉機。

那么國民黨的援軍去哪里了？在整編第26師和第1快速縱隊覆滅后，國民黨軍預感到形勢不妙，匆忙調集部隊增援魯南戰場：整編第64師從徐州開赴前線韓莊，整編第11師向臺兒莊地區前進，整編第74師正在向新安鎮進軍。

除了上述3個整編師外，原本在魯南地區還有整編第59師和整編第77師。但由于國民黨軍隊內部派系矛盾，協同作戰非常困難，整編第59師和整編第77師害怕被殲滅保存實力，整編第64師雖然抵達戰場的時間比較早，但以1個整編師的力量去增援棗莊感覺沒有把握，所以也就按兵不動。整編第11師和整編第74師雖然是國民黨軍隊王牌，但遠水解不了近渴，而且整編第11師在宿北戰役中損失不小，行動也變得更加謹慎，嚴重影響了該部的行軍速度。

整編第51師雖然在棗莊覆滅了，但很快該師的架子又搭了起來，第337團團長王匡帶出來的1個營和其他零零散散的殘兵敗將，加上不斷歸隊的官兵，拼湊了3個團組建一個暫編師。根據2月23日，國民黨軍淮安綏靖區司令張雪中給蔣介石呈報的電報中顯示，原整編第51師竟然已經重新恢復到了6000多人。筆者認為這個數據嚴重可疑，如果真有這么多人，我軍豈不是打了寂寞，實際情況可能是張雪中為了恢復整編第51師的番號而謊報了人數。

最后在陳誠的操作下，整編第51師的番號得以保留，原整編第51師殘部整編為整編第113旅，以王匡擔任旅長，另外撥入原整編第26師的整編第41旅，新整編第51師下轄整編整編第41旅和第113旅，師長由土木系將領王嚴擔任，自此東北軍第51軍這支部隊在歷史上徹底消失。