孟良崮战役爆发之后，有“御林军”之称的国民党整编七十四师被包围在了孟良崮地区。当时，整编七十四师师长张灵甫向蒋介石和顾祝同等人汇报了战场局势，并表达了“中心开花”的战略设想。蒋介石听说整编七十四师陷入重围，又惊又喜，他认为这是进行决战的最佳时机，急忙下令调集十个师的兵力向孟良崮地区靠拢，准备向正在围攻张灵甫的华东野战军实施反包围。
蒋介石打算调集的这十个师，大部分离孟良崮地区相隔甚远，比如整编十一师在新泰、整编六十五师在蒙阴、整编四十八师和第七军在河阳一带，离孟良崮地区最近的也就是当初负责掩护张灵甫整编七十四师左右两翼的整编八十三师和整编二十五师。整编八十三师师长李天霞和张灵甫素有矛盾，因此并不愿去救援张灵甫，而整编二十五师师长黄百韬在接到救援张灵甫的命令后，却是尽了全力。
当时，黄百韬整编二十五师处于桃墟、牛栏一带，在张灵甫整编七十四师被包围之后，黄百韬即刻率领主力向东猛攻，凭借着武器装备上的优势，很快越过了覆浮山、界牌一线，到达了天马山。天马山距离孟良崮中心地区不过五公里左右，如果越过天马山，那就会直通孟良崮。此时，天马山一线仅有华东野战军一纵一师的四个团负责打阻击，以至于黄百韬信誓旦旦地给张灵甫打电话，说最多一个小时就可以到达孟良崮地区。
在天马山战斗中，双方展开了激烈的争夺，华东野战军一纵的四个团虽说是四个团，但有两个团是新组建的，在战斗力上差了一大截，因此经过几个小时的激战之后，这四个团差不多都损伤殆尽了，而黄百韬整编二十五师也进攻到天马山山腰。就在眼看天马山即将失守的危急时刻，华东野战军四纵十师二十八团三营从天马山侧后方经过，准备赶到孟良崮参加战斗。
此时，一师师长廖政国顾不上其他，立即拦住三营，让他们赶紧参加阻击。虽然三营只有四百多人，但是在战事陷入焦灼的时刻，三营这股生力军的加入立即改变了战场局势，打退了黄百韬整编二十五师的进攻，牢牢被阻隔在天马山的另一侧，始终无法再越雷池半步，救援张灵甫的行动最终也就功亏一篑。可以说，在天马山战斗中，如果没有三营恰好路过这样的小插曲，或许局势的发展会出乎所料，甚至会改变孟良崮战役的最终结果。