定陶战役，我军伤亡3500人的代价，全歼整编3师等部4旅，毙伤5000余人，俘虏12000余人。缴获坦克6辆、各炮200余门、步枪4300支批弹药物资。一仗打垮了国民党军钳形攻势的西路钳头，沉重打击了国民党军进攻解放区的气焰。
次影响重的战役，被誉“集中优势兵力各歼灭敌人”的模范战例。
延安窑洞，毛泽东收了刘伯承关定陶战役的战果报告。毛泽东笑着说：“伯承同志打险战，弄我几晚睡。我兵力少，装备差，但伯承同志的装备嘛，蒋委员长刚打，他就张口袋铡刀恭候。”
1946年9月7日13，毛泽东致电刘伯承、邓平，电文说：“庆祝你歼灭整3师的胜利，望传令全军嘉奖。”
定陶战役的胜利，使各战场人民解放军军振。4，即1946年9月12日，《解放日报》表了题《蒋军必败》的社论，次战役的胜利及其影响了评价：
……是继中原我军突围胜利与苏中捷又一次胜利，三胜利整解放军的南方战线了扭转局面的重。蒋军必败，我军必胜的局面定了。
9月13日，中共中央又通报说：
此次刘邓军五万人打敌3师两旅九千人，从3号黄昏打至6号午始解决1旅，引敌人全线恐慌，另一旅6号午突围，被我半日间解决。7号午47师两旅增援赶，我又一间解决该两旅。此外尚解决41师及74旅各一部。一经验告诉我：一必须集中优敌人五倍或四倍至少三倍的兵力，首先歼灭敌1团至2团，振我军士气，引敌人恐慌，手再歼敌二部、三部，各击破。切不贪务，分散兵力。
孙震的参谋长胡临聪在他的回忆录中评述定陶战役国共双方的境况：
在刘峙调职，赵子立我谈整3师惨遭歼灭的情形，除了承认己由轻敌所说“非一团不守，非三团不攻”的原则是一错误外，并不胜感慨说：“老的老，的；无所依靠，无人照，此结果，势在必！”其意是指蒋介石专信陈诚，何应钦又参谋团团长身份了国。由何、陈两人一惯的矛盾，今值陈诚权，乘机撤刘，何远在国，无从在蒋面前刘说话，因有听其撤换已。
从一战役中，刘伯承司令员所指挥的人民解放军的胜利，国民党5绥区3旅的被歼灭，刘峙被撤职，就预示着国民党反动派最必灭亡，人民革命最必取全胜！