1947年春季，山东野战军和华中野战军合编为华东野战军，简称华野。华野成立之初，陈毅担任司令员兼政委，粟裕为副司令，谭震林为副政委，陈士榘任参谋长，唐亮为政治部主任，刘先胜和张元寿双双担任华野副参谋长，钟期光为华野政治部副主任。
两支野战军合编之前，宋时轮是山东野战军的参谋长，华野成立后，他被调到渤海军区担任副司令，不仅离开了野战部队，职务还降了好几级。宋时轮的资历很老，虽然没有参加过三大起义，但加入红军队伍的时候却带了一支数十人的游击队，毛主席因此称他为“一方诸侯”。
红军时期，宋时轮多次和陈毅共事。陈毅担任西方军司令员的时候，宋时轮是参谋长。后来陈毅担任江西军区总指挥，宋时轮是总指挥部作战科科长。也就是说，从红军时期，宋时轮就已经多次辅佐过陈老总打仗了。
红军主力长征后，陈毅因为腿伤被留在了中央苏区，在南方坚持了三年艰苦卓绝的游击战争，宋时轮则跟随主力部队参加了长征。抗日战争全面爆发后，陈毅在新四军任职，先是担任支队司令，新四军重组后又担任了代军长。
这一时期，宋时轮在八路军任职，先是在120师当团长，后来又被派到雁北和冀东。冀热察挺进军成立后，他在萧克手下担任支队司令。后来在如何处理冀东抗联支队司令高志远的问题上，二人闹了不愉快，宋时轮还受到了处分，1940年春天的时候，他回到了延安。
回到延安后，宋时轮再没有上过战场，坐了5年的冷板凳。抗战胜利后，陈毅出任津浦前线指挥部总指挥，得知老部下的处境下，陈老总很同情，亲自把宋时轮要到了山东，给自己当参谋长。
不久后解放战争爆发，陈毅出任山东野战军司令员，宋时轮则担任了山野参谋长。陈老总的长处是纵览全局，大局能力极强，具体战役指挥则交给了宋参谋长负责。1946年7月末，山东野战军来到淮北转战，在朝阳集消灭敌军5000多人，首战告捷。
当时淮北一带的国军主力除了蒋系之外还有桂系，山野在朝阳集消灭的就是蒋系。蒋系主力受到打击后，立刻抱作一团，山野很难找到各个击破的机会，如果强攻的话，很可能打成击溃战和消耗战。
为了避免山野急于求战，毛主席特意去电指出：“凡只能击溃不能歼灭之仗不要打，只要主力在手，总有机会歼敌，过急躁之意见并不恰当。”陈毅和宋时轮收到电报后，决心重新寻找战机。此时桂系第7军突进至灵璧、泗县和五河一带，兵力分散，态势突出，泗县更是只有两个团驻守。
宋参谋长认为这是一个打歼灭战的好机会，当时山野手中可用的总兵力共有22个团，在兵力对比上占据了绝对优势。因此宋参谋长决心发起泗县战斗，把桂系的这两个团一口吃掉。山野参谋处认为桂系第7军老兵多，战斗力强，不好打，因此建议围攻灵璧，调动泗县的敌军增援，然后集中兵力在运动战中将这部分增援的敌军消灭。
宋参谋长认为桂系第7军虽然战斗力很强，但泗县之敌只有两个团，而且态势突出，很利于围歼，因此他认为直接围攻泗县更为有利。由于战役指挥主要由宋参谋长负责，而且部队刚刚在朝阳集打了大胜仗，陈老总最终拍板，支持了宋参谋长的主张，并让他负责具体指挥。
宋参谋长很快做出了具体部署，何以祥的8师负责主攻，张震的9纵负责助攻，其余部队负责阻援。张震和何以祥接受任务后，立即率部向泗县进发。当时淮北正值雨季，暴雨连下数日不停，道路十分泥泞，9纵和8师的炮车根本上不来。
战士们在齐腰深的水中行走十分困难，9纵4个小时才走了7里路。张震认为在这种情况下强攻泗县没有把握，就向宋时轮建议暂停攻击，等雨停后再打。但宋参谋长认为战机稍纵即逝，不能因为天气原因贻误战机，要求9纵和8师克服困难，继续向泗县进发。
8月7日，8师率先赶到泗县外围。师长何以祥冒雨来到前线查看，眼前的情景让他倒吸一口凉气。泗县周围全是过膝深的雨水，护城河更是沟满壕平，部队要想越过护城河，必须架桥。但敌人早已扫清了射界，护城河前面是一大片开阔地，没有任何遮掩物，8师要想架桥强攻，难度很大。
在这种情况下，单凭8师手中现有的三个团要想担负起主攻任务，难度很大。因此何以祥向宋参谋长请求，再给自己派两个团。但宋参谋回答：部署已定，没有多余的兵力给你。最终泗县战斗在8月7日晚间打响，8师是山野的主力，号称陈老总袖子里的小老虎。
战斗打响后，8师很快扫清了外围，然后战士们冒着大雨和敌人猛烈的火力架桥通过了护城河，采用爆破的方式炸塌城墙，冲进了城内。如果是一般的国军部队，此时可能已经崩溃了。但桂系这两个团的战斗力十分强悍，而且不惧夜战，在炮火的配合下，居然向8师发起了反冲锋。
敌人有完备的防御工事，还有炮火支援。8师的炮车因为大雨上不来，兵力也只比对手多了一个团，因此虽然冲进了城内，却无法向纵深发展，双方在城门附近反复拉锯，形成了僵持。在东门配合作战的9纵，由于缺少架桥器材，战士们只能泅水强渡，在敌人的火力封锁下，付出了很大的伤亡代价，好不容易登上城墙，又被敌人反击了下来。
陈毅得知战况不利后派宋参谋长赶到前线指挥，宋参谋长调2纵上来参加攻城。但2纵被大雨阻隔，短时间内无法赶到。泗县之敌在炮火和飞机的掩护下，不断向8师反击，8师的伤亡逐渐增大。此时战斗已经进行了两天三夜，敌人的援军也开始出动。
在这种情况下，如果再继续打下去，对我攻城部队会更加不利。无奈之下，宋参谋长下令撤出战斗。泗县战斗，8师歼敌3000余人，但自身也伤亡了2400多人，其中排以上干部牺牲108人。8师成立以来，还从未打过如此憋屈的战斗，士气也受到了很大的影响。
这次战斗之所以失利，宋参谋长在指挥上，有不少值得商榷的地方。手握22个团的兵力，攻城的却只有6个团，剩下的16个团都用来阻援，把敌人的援军想的过于强大了，而对守城之敌却未给予足够的重视。
实际上，战斗进行了两天之后，敌人才开始增援。如果一开始就投入更多的兵力攻城，桂系的两个团就算再能打，也抵挡不住。同时对攻城部队的实际困难也考虑不足，在炮车上不来的情况下，仍要求部队强攻，增大了伤亡。
战后，不少人议论纷纷，说宋参谋长“不会打仗”。为此宋参谋长还向陈老总做了检讨，为了减轻他的压力，陈老总主动承担了战役失利的责任，还在总结大会上做了检讨。之后山野在两淮保卫战中的表现同样不佳，两淮失守后，华中解放区的局面极为艰难。
为了握紧拳头，更好地打击敌人，毛主席决定把山东野战军和华中野战军合编。华野成立后，陈毅统揽全局，战役指挥由粟裕负责。宋参谋长由于在之前的战斗中，表现不佳，被连降数级，离开野战部队，来到渤海军区当了副司令。