蒋介石也在紧锣密鼓地研究、部署徐州集团的行动。
济南失守后，国民党军徐州防线已经完全暴露在华东野战军的攻击矛头之下，国民党方面从上至下都在猜测：解放军下一个打击目标将指向哪里？
济南解放后，华东地区的敌我形势也发生了重大的变化。华东野战军在粟裕率领下解放了山东大部，华东解放区与华北解放区连成一片。华东野战军大部集结在徐州、济南间的津浦路的两侧休整，准备更大规模的作战；中原野战军主力则在刘伯承、陈毅、邓小平率领下集结于河南禹城、湖北襄成、叶县等地，两大野战军约60万人，背靠着华东、华北两大解放区，随时可以直下淮海，夺取徐州，对国民党统治区的心脏——南京构成严重的威胁。
对此，国民党统帅部也十分害怕，判断华东、中原两野战军下一步将向陇海线以南的徐州地区发动大规模的进攻。根据这一判断，蒋介石今华中“剿总”总司令白崇禧率第3 、12兵团向我豫西解放区发动进攻，以牵制中原野战军，阻止中野东进与华野会合；华东“剿总”总司令刘峙指挥徐州附近的第2 、6 、7 、13兵团以及第一、三、四、九绥靖区的部队，在徐州地区加强防务，随时阻止我华东野战军由鲁西南或鲁南南下。
9 月25日，蒋介石在南京黄埔路他的官邸召集国防部长何应钦、参谋总长顾祝同以及陆、海、空、联勤的总司令召开紧急会议，寻求新的作战方略。
一开始，蒋介石就向陆海空联勤四位总司令询问了徐州的战备情况，这几个司令官对徐州的防务缺乏信心，一致认为徐州储粮少，补给不便，大军难以在徐州持久作战。
忧心忡仲的蒋介石把头转向参谋总长顾祝同，问道：“墨三，你看呢，徐州能不能守？”
顾祝同正了正身子，神态严肃地回答道：“委座，依属下之见，徐州易攻难守，且离南京道长路远，兵员粮弹补充很困难，兵力调动惟靠徐蚌线，一旦该线被截断，就会陷于重围，且徐州乃古彭城所在地，楚汉相争时，西楚霸王项羽就是败于此地。此地不可守。”
顾祝同的话让蒋介石不寒而栗，素来迷信的蒋介石对此十分顾忌，他沉默不语了。
这时，何应钦壮着胆子说道：“委座，据总长所说，徐州是不能守，我看不如早做退守淮河的大计。”
蒋介石轻轻地嗯了一声，沉思良久，才开口说道：“徐州难守，也不能守，那我们就退守淮河，退守淮河来确保南京外围。如果陈毅部（指华东野战军——作者）南下，我们在淮河与他决战。至于连云港、海州嘛，李延年抓紧抢粮在海州坚守，要刘经扶做退守淮河的准备，一定要在11月上旬完成退守淮河的计划。”
蒋介石决定采取以攻为守，确保津浦路、、陇海路和平汉路这个双十字架，阻止中原和华东野战军会合的作战方针。
做出决定后，蒋介石心中又感到不踏实。事实上，就这样轻易地放弃徐州，他很不甘心，且放弃徐州会震动很大，美国可能会因此对他失望。
思之再三，第二天蒋介石又改变了主意，他觉得首先要搞清楚华东野战军的行动意图，然后才能做出决断。于是，他命令国防部参谋次长刘斐和国防部二厅（情报）厅长侯腾立即派出大量间谍，深人山东解放区，以便弄清粟裕下一步的行动意图。
接到蒋介石的命令后，刘斐和侯腾立即派出100 多名特工，携带104 部电台，前往山东解放区。结果，只有四部电台在教会的掩护下得以进入解放区，其他都落网了。而进去的四部电台，也困于解放军区人民群众监督很紧，发不出任何情报。
当刘斐将这一情况向蒋介石汇报后，蒋介石气得破口大骂：“娘希匹！你们这群废物，共军对我们的情况了如指掌；而你们却对敌方知之甚少，前方的指挥部报来的情况又多是虚假的，对敌人的行动知道得太少。我命令你立即给我搞清楚粟裕部的企图。”
由于一直无法摸清华东野战军的真正举动和进攻方向，蒋介石对放弃徐州、通守淮河之举，便一直悬而未决。就在蒋介石对徐州防务撤守不定之际，蒋介石的心腹、徐州“剿总”副司令杜聿明携带一份“进攻山东共军的计划”，由徐州飞回南京，准备向蒋介石汇报。
杜聿明认为，济南虽然丢失，但豫东战役后经过3 个月整补的徐州“剿总”主力并未真正参加战斗，仍然有充沛力量，完全可以利用解放军中原、华东野战军分离之际，放弃陇海路上一些城市，集中可以集中的兵力，自徐州以西经鲁西南北出兖州、济宁、大汉口地区，寻求解放军一部击灭之，“一举收复泰安、济南”，以求改变目前的被动挨打局面。
杜聿明还准备向蒋介石建议，以华中“剿总”主力在豫西方面牵制、阻止中原野战军东进。为此，他专门致电华中“剿总”总司令白崇禧，请求他率部进击豫西，牵制中原野战军。白崇禧对杜聿明的计划很赞同，他满口答应配合行动。白崇禧的支持使得杜聿明信心百倍，十分得意。
杜聿明来到南京时，正赶上蒋介石飞往北平，指挥华北方面的作战。
10月2 日，杜聿明急匆匆赶到北平请示蒋介石。此时，正在救援锦州组织侯镜如、廖耀湘两个兵团东西对进的蒋介石，正在为东北作战不利而焦虑不安，一见到杜，就直截了当地问：“南京方面来电说，你找我有事？”
杜聿明正襟危坐，毕恭毕敬，答道：“我听说校长要放弃徐州，所以来求见您，向您陈述坚守徐州的计划。”
“光亭，你认为可以守徐州？”蒋介石问道。
“校长，徐州乃中原重镇，不守乃是重大失策。徐州不仅要守，而且要积极地守。我认为要守住徐州，必须主动出击，只有主动出击，才能阻止共军的进攻，才能守住徐州。”杜聿明有些激动地说。
“光亭，我也没有放弃徐州的意思嘛，只是我还没有做出防守徐州的计划。”蒋介石搪塞道。
杜聿明见状，立即从包中抽出一叠材料递给蒋介石：“校长，这是我考虑的通过出击来防守徐州的计划，请校长指教！”
蒋介石从杜聿明手中接过材料，看也没看就放在一边，说：“待研究后再说。”
第二天，蒋介石召见杜聿明，对杜说：“我考虑了很久，徐州的事情可以照你的计划实施，你回去同顾总长商量着办。”
杜聿明拿着蒋介石的亲笔批示，飞回南京找到顾祝同。顾祝同看到蒋介石的亲笔批示显得有些踌躇不安，他一再问杜聿明：“发动进攻，有把握吗？”
杜聿明很自信地说：“关键在于华中的黄维兵团是否能将刘邓部牵制住。如果能牵制住的话，徐州方面打陈毅部各纵队是有把握的。”
“万一刘伯承部窜了过来怎么办？”顾祝同还是不放心。
杜聿明打保票说：“我们采取稳扎稳打的战法，即将主力集中，形成一个圆形态势，使敌人钻不了空子，吃不掉部队，敌人也是奈何不了我们的。”
经杜聿明的再三鼓噪，顾祝同心有所动，答复说：“这样的稳扎稳打是可行的，等我同白健生商量后再告诉你。”
过了两天，顾祝同对杜聿明说：“白健生同意你的计划，你去徐州照计划实施就是了。”
杜聿明遂返回徐州加紧部署，他首先让孙元良兵团离开郑州，向徐州方向移动，以加强徐州方面的力量，准备出击华东野战军。遗防交第十二绥靖区的第40军接替。随后，他请华中“剿总”白崇禧派黄维兵团、张涂兵团向豫西解放区进攻，以钳制中原野战军。
10月15日，在杜聿明的要求下，邱清泉第2 兵团开始向北移动，杜聿明本人也收拾行装，要离开徐州去前线亲自指挥邱、孙、李、黄（百韬）四个兵团向华东野战军发动进攻。可是，这个计划尚未实行，就胎死腹内了。
就在这时，东北野战军攻占了锦州全城，并歼灭了范汉杰集团。卫立煌全军撤向关内的陆上通道被完全关闭。东北战场形势十分紧张，而卫立煌又不听话，蒋介石十分恼火，顾不得中原战场而带着杜聿明赶赴东北挽救危局，任命杜为东北“剿总”副司令，全权指挥东北各军。随着杜聿明被调走，他的所谓“出击华野”的计划也就随之夭折了。
后来，杜聿明在回忆录中说：“15日清晨，我正上车出发到前方去指挥时，忽然蒋介石从南京来电，叫我不要施行这一计划，在徐州机场等他一同到东北去。于是，这个计划由于东北人民解放军声势浩大的辽沈战役，打乱了国民党军的战略部署而未实施。徐州国民党军此后二十一天（至11月6 日）一直停止于原来状态未动。”