经过这次失败，顾祝同在作战部署上采用"并进不如重叠，分进不如合击，以三、四个师重叠交互前进"的指导方针，于6 月25 日下令向沂蒙山区发起第三次进攻，企图占领沂水、东里店、南麻等地区，压迫华东野战军撤出鲁中山区。6 月30 日，解放军的刘、邓大军南渡黄河攻击前进，于7 月30 日包围郓城。顾祝同害怕这支部队直趋兖州、徐州，威胁其侧后的安全，遂急调第三十二师到商丘，第六十六师到徐州；又令王敬久第二兵团到鲁西南，统一指挥三个整编师，保障后方安全。7 月20 日，第六十六师被解放军包围，顾祝同亲自乘飞机到羊山集上空视察，给部属打气，指挥作战。8 月1 日，华东野战军5 个纵队在济宁附近会师后，转至鲁西南地区。至此，顾祝同苦心经营的第三战区司令长官顾祝同。
对山东解放区的重点进攻已宣告破产。
顾祝同损兵折将，蒋介石意欲换马，以挽回败局，遂于1948 年秋，撤销了陆军总司令部徐州指挥所，另立徐州"剿总"，换上另一个"饭桶"刘峙为总司令，把顾祝同调为总参谋长。
在7 月至8 月的"南京军事会议"上，顾祝同作了战略问题方案的报告，提出要停止战略进攻，巩固长江以南防线，阻止解放军过江，把黄河以南、长江以北的部队编为几个机动兵团，在江南组建二线兵团，以求再度夺回战略主动权。光阴似箭，但蒋军失败的命运比时间的速度还快。时至10 月中旬，顾祝同看到东北败局已定，便想请白崇禧出马，统一指挥武汉、徐州两大集团的军事行动，并派作战厅长郭汝瑰向蒋介石禀报，指示郭向蒋说明白崇禧统一指挥是暂时的，一旦形势好转再调整指挥权。但是，白崇禧比他狡猾，怕当替罪羊，拒绝担任两个战区的指挥责任。白崇禧不干，刘峙指挥不力，他只好硬着头皮以参谋总长的身份到徐州布置一切，提出："守江必守淮"；"放弃次要城市，集中兵力守徐州"；"一处作战，各方支援"。他的计划未及实现，黄伯韬兵团已于11 月11 日被华东人民解放军包围在碾庄圩地区。他急令"剿总"副司令杜聿明率部东进解围，但黄伯韬兵团还是于22 日晚被全部消灭。接着，李延年兵团、刘汝明兵团受阻，杜聿明集团被围，顾已感到山穷水尽，无能为力，哪里也调不出兵力了。
半年时间，他直接指挥的淮海战场，主力已基本被消灭干净。
1949 年1 月，蒋介石宣布下野，为了遥控蒋家王朝的残兵败将，顾祝同又被重新任命陆军总司令之职。1950 年3 月，蒋介石在大陆的最后一个军事据点失守，顾祝同便乘机逃往台湾，兼代"国防部长"。
自1952 年3 月起，顾任"总统府"战略顾问委员会副主任，充当何应钦的副手，1960 年又调任国防会议秘书长，1968 年再调战略顾问委员会副主任，1972 年改任"总统府"一级上将战略顾问。1987 年1 月17日，顾祝同在台湾病死，终年96 岁。
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