此次战役中，莒南、日照、莒中、临沭等县政府组织了数千名民兵支前参战。主力部队在民兵的配合下，向守敌展开了强大的政治攻势。每到夜晚，枪声四起，民兵和群众在周围山上燃起熊熊烈火，呐喊助威。顽军在八路军的久围之下，内无粮草，外无援兵，士气颓丧，军心浮动。莒南县薛庆区还把140多户个体作坊集中起来，为八路军日夜加工大饼和馒头。妇救会、识字班，热情护理、照看伤员。在根据地人民的大力支援下，经过14天的激战，共毙伤顽军1000余名，俘第331旅参谋主任任家麟以下官兵1137人，缴获步枪485支，短枪18支，轻重机枪22挺，迫击炮3门，战马34匹，其它物资一宗。孙焕彩逃脱，1948年7月13日已升任国民党整编第12军少将高参的孙焕彩在山东兖州被俘，1975年3月19日获特赦。在战斗中，八路军伤团政委以下500余人，牺牲连长以下148人。孙焕彩所率师部及第331旅向东突围被截击，仅有数百人落荒逃走。

    甲子山战役的胜利，扭转了滨海根据地中部的局面，为后来开辟滨北地区，打通滨海与胶东区的联系，创造了条件，也为山东党、政、军领导指挥机关移驻莒南创造了条件。此后，莒南县成为既无日伪军又无顽军的净土，被誉为“山东小延安”。