1945年2月中旬，正当苏浙新四军部队向敌后挺进展开进攻时，国民党第三战区第六十二师、“忠义救国军”等5个团，向新四军一师三纵七支队发起攻击。粟裕指挥苏浙军区新四军部队自卫还击，激战5天，歼灭顽军1700余人，解放孝丰县城，取得了天目山第一次反顽作战的胜利。3月3日，国民党军出动12个团的兵力进攻新四军。粟裕再次指挥部队进行自卫反击，又歼顽军1700余人，并乘胜占领东、西天目山，解放临安县城，取得了天目山第二次反顽作战的胜利。5月底至6月初，蒋介石命令国民党第三战区司令长官顾祝同、副司令长官上官云相，调集精锐部队15个师，共7.5万余人，向天目山地区新四军部队大举进攻。在敌我兵力悬殊的情况下，粟裕灵活用兵，采取了巧设疑阵、诱敌冒进、集中兵力、各个击破的战法，首战击溃顽军第七十九师，歼灭顽军2200余人。接着，他再集中兵力，痛歼皖南事变的刽子手、顽军第五十二师主力和三十三旅一部，随后，又调转兵力围歼顽军右路兵团大部，歼顽军6800余人。至此，天目山第三次反顽战役胜利结束。天目山战役的胜利，使苏浙军区新四军部队提前实现了由分散游击战争向大兵团运动作战的战略转变。
1945年10月，中共中央和中央军委指示，华中新四军成立华中军区。中央原定粟裕为司令员，粟裕电请中央任命张鼎承任司令员，自己任副司令员，中央批准了他的请求。11月，成立华中野战军，粟裕任司令员，下辖4个纵队。
抗日战争时期，特别是1942年以后，粟裕作为地区党的领导者和战区军事指挥员，为创建苏中根据地，为抗日战争的胜利，做出了巨大的贡献。刘少奇曾评价说：“粟裕领导的新四军第一师，在抗战中建立了最大的功劳。在我军中以第一师部队作战最多，战果最大。”
四、大兵团作战的奇才1946年6月，国民党撕毁停战协定，发动了空前规模的内战，向解放区全面进攻。对此，中央军委、毛泽东主席于6月22日曾设想了一个南线作战的战略计划，即以山东、晋冀鲁豫和华中三支野战军进入国民党统治区作战，在外线出击大量歼灭敌人，迫使蒋介石政府接受和平停战的格局。粟裕深感党中央筹划的这场大战，对未来战局的发展关系极大。他从实际情况出发，对可能产生的各种情况进行了认真的分析研究，于6月27日向中央军委建议，华中野战军在苏中先打一仗再西移。中央军委对此建议极其重视，于7月初指示华中分局：“我先在内线打几个胜仗再转至外线，在政治上更为有利。”
确定先在内线打几个胜仗，再转至外线，这是战争初期中央军委对原定战略计划的一次重要调整，对于解放战争的胜利发展起着重要的作用。在中央调整了的战略计划指导下，在粟裕的直接指挥下，华中野战军于1946年7月13日发动了苏中战役。华中野战军3万余人，以突然勇猛的动作首战宣泰，再胜如南，三战海安，奇袭李堡，南插敌后，攻黄(桥)救邵(伯)，一个半月连打七仗，每战总以优势兵力各个歼灭敌人，七战七捷，歼敌5.3万余人。毛泽东把这次战役作为人民解放军执行“集中优势兵力，各个歼灭敌人”的范例，并亲自为军委起草电报通报全军。在延安的刘少奇、朱德、彭德怀等领导同志，在刘少奇住所庆贺这一胜利，彭德怀连连说：“打得好，打得好，开了个好头！”
苏中战役作为全面内战爆发后在主要战场上进行的一次较大规模的初战，带有战略试战和战略侦察的性质。它为中央军委进一步明确和完善战争初期的战略方针提供了经验。在苏中战役进行过程中，粟裕和谭震林等人向中央军委提出了继续在苏中作战的建议，得到中央军委和新四军军长陈毅的批准。到1947年3月，中央军委就明确将先在内线打几个胜仗然后转到外线的计划，发展成为实行内线的持久的防御作战的战略方针了。
苏中战役后，我军主动撤出两淮，国民党继续增加进攻华中的兵力，对我军形成半包围态势。粟裕和华中局的领导同志联名向中央军委和新四军军部建议：集中华中、山东两个野战军攻下宿迁，得手后再向西扩张战果。次日，陈毅复电同意，并主张将两个野战军指挥部合并。9月22日，中央军委电示同意。9月28日，毛泽东亲拟电文指示：“两军汇合第一仗必须打胜。”10月15日，毛泽东致电陈毅并指示，山东、华中野战军会合后，在陈毅的领导下，大政方针共同决定，战役指挥交粟裕负责。从此，粟裕挑起了华东野战军战役指挥的重担。
1946年12月，国民党集中25个半旅和1个快速纵队分四路向华中解放区发起进攻。粟裕遵照中央军委的指示，赶赴宿北战场指挥作战。在他的作战意图取得陈毅同意后，即抓住一路孤立突出之敌，集中24个团的优势兵力，激战4昼夜，全歼国民党整编第六十九师2.1万余人于宿迁以北地区，敌中将师长戴之奇自杀。这是山东、华中两大野战军会合后的第一个大胜仗。1947年1月，在陈毅领导下，粟裕具体部署和指挥了鲁南战役。山东和华中两大野战军集中27个团的兵力，经过两个阶段18天连续作战，歼灭了美械装备的国民党军整编第二十六师、第五十一师及第一快速纵队共5.3万余人，俘虏了第二十六师中将师长马励武、第五十一师中将师长周毓英，并以缴获的美械装备组建了人民解放军第一个特种兵纵队。
1947年1月下旬，山东野战军与华中野战军合并组成华东野战军，陈毅任司令员兼政委，粟裕任副司令员仍负责战役指挥，谭震林任副政委。2月，国民党集中11个整编师(军)共29个整编旅(师)的兵力，组成两个突击集团，企图在临沂附近与华东野战军决战。同时，又从冀南、豫北抽调4个师(军)集结在鲁西南地区，阻止华东我军西撤和晋冀鲁豫野战军东援。敌参谋总长陈诚坐镇徐州督战，声称：“党国前途，剿匪成败，全赖于此，只许成功，不许失败。”粟裕根据陈毅北上求歼李仙洲集团的设想，巧妙而周密地组织了南阻大敌、北歼孤军，示形于鲁南、决胜于鲁中的莱芜战役。经三昼夜激战，全歼国民党7个师，连同南线及胶济路东段的作战，共歼敌5.6万余人，其中俘国民党第二绥靖区中将副司令官李仙洲、第七十三军中将军长韩浚以下将官17名，再创解放战争一个战役歼敌兵力的新纪录。
1947年3月，国民党集中兵力对山东实施重点进攻。国民党在山东战场上的总兵力达24个整编师(军)、60个旅(师)约45.5万人，其中以17个师(军)、43个旅约25.5万人组成三个兵团，成弧形向鲁中推进，企图迫使华东野战军与其决战或北渡黄河。为粉碎敌人的重点进攻，粟裕同陈毅拟定了泰蒙战役计划。在粟裕的指挥下，我军于4月26日全歼泰安国民党守军整编第二十七师师部及2个旅。5月12日，粟裕根据战场情况的变化，提出改变以往选歼弱敌或歼翼侧、孤立之敌的传统打法，采用“虎口拔牙”的办法，实施反突破，把蒋介石的御林军、五大主力之一的整编第七十四师，从敌重兵集团中央割裂出来予以歼灭的作战方案。在得到陈毅的完全同意后，粟裕精心组织和指挥了这次战役。从5月13日激战至16日，我军在孟良崮全歼国民党这支“王牌”军整编第七十四师3.2万余人，击毙中将师长张灵甫。孟良崮战役的胜利，打击了蒋介石最强大的进攻方向和最精锐的部队，具有特殊重大的影响。对此蒋介石痛心疾首地说：“孟良崮的失败，是我军剿匪以来最可痛心、最可惋惜的一件事”。
1947年8月，陈毅、粟裕率华东野战军主力组成的西线兵团，执行挺进中原的外线作战任务。9月上旬，粟裕部署和指挥了沙土集战役，全歼国民党整编第五十七师，俘中将师长段霖茂。9月下旬，陈粟野战军跨越陇海路开辟豫皖苏地区，与刘邓、陈(赓)谢(富治)两支大军在中原构成了“品”字形的有利态势。1947年11月上旬，陈毅赴中共中央报告工作，粟裕担负起独立指挥华东野战军作战的任务。粟裕指挥华东野战军外线兵团，于11月7日发起陇海路破击战，又于12月13日协同陈谢兵团发动平汉路战役。
1948年元旦，陈毅在赴中央途中对晋绥解放区干部作报告时，热情赞扬粟裕的指挥才能。他说：“粟裕同志可算为理论与实际兼优的人，战役指挥很高明，他长期在实际战争中锻炼，华东军事指挥主要靠他。”