此次战役战果辉煌。华东野战军共歼整编74师师部、51旅、57旅、58旅全部及整编83师19旅1团，总计3.2万余人（其中俘虏1.9万人）。缴获山炮野炮28门、步兵炮及战防炮14门、各口径迫击炮235门、轻重机枪987挺、长短枪9828支、火箭筒43具、枪榴筒及掷弹筒61具、各炮弹7202、各枪弹208万、汽车3辆、马1397匹、电台28部，击毁击伤坦克装甲车4辆。华东野战军伤亡1.2万余人（其中亡2043人），损耗轻重迫击炮6门、轻重机枪153挺、长短枪531支、各炮弹3.3万、各枪弹199万、手榴弹2.9万枚。国民党军与华东野战军人员损失比2.7：1。缴获武器、弹药与消耗损坏武器、弹药相抵消，华东野战军净山炮野炮28门、步兵炮及战防炮14门、轻重迫击炮229门、轻重机枪834挺、长短枪9257支、火箭筒43具、枪榴筒及掷弹筒61具，损耗各炮弹2.6万，各枪弹9.5万。
此次战役，华东野战军彻底粉碎了国民党军统帅部“鲁中战”计划，沉重打击了国民党军山东解放区的重点进攻，极震动了其内部。蒋介石哀叹：整编74师被歼灭，“是我军剿匪最痛、最惋惜的一件”。（蒋介石国民党军军官训练团23期全体员的讲话，1947年5月19日）1兵团司令汤恩伯被撤职，整编25师师长黄伯韬、整编83师师长李霞等人受处分。
，新华社在《祝蒙捷》的评论中指：它有力策应了陕北其他战场解放军的战行动。它“在华东解放军的历史更有特殊意义。因：一，是打击了蒋介石今最强的几乎唯一的进攻力量；二，是打击了蒋介石的最精锐部队（四、五精锐师一）；三，打击现全解放区全面反攻的前夜。在胜利的同，东北、豫北、晋南、正太等，强的反攻正在展”。（新华社：《祝蒙捷》，1947年5月20日）孟良崮战役的胜利，极鼓舞了华东解放区军民的战斗意志胜利信。
中央军委高度评价孟良崮战役的胜利，毛泽东5月22致电华野领导人：“歼灭74师，付代价较，但意义极，证明在现区战，不急，不分兵，是够各歼击方法打破敌人进攻，取决定胜利。在现区战，是我最有利，敌最不利。”（《毛泽东军文集》四卷）