继5月2日发起的皖西战役取得重大胜利之后，刘伯承和邓小平又于25日发起皖东战役。尽管战役失掉了歼敌一个兵团的良机，却实现了掩护华东野战军南进的目的，并截歼敌一部。粟裕兵团在皖东战役掩护下加入中原作战，于6月中下旬接连发起开封战役和睢(县)朽(县)战役。为配合华东野战军，刘伯承先后三次组织阻击战，阻击平汉路敌人的增援，保障了上述战役胜利。7月2日，刘伯承指挥第六纵队等突然发起襄樊战役，战役于15日结束，共毙伤敌3700多人，生俘1.7万余人，夺取了襄阳这一重要的战略支点。
中原局和中原军区领导人在一起。左起：陈毅、刘伯承、张际春、李雪峰、李达、邓小平。中原战场战略决战的局势逐渐明朗。1948年9月12日，东北战区的辽沈战役发起，9月24日，华东野战军一举攻克战略重镇济南。为了牵制刘汝明、孙元良兵团，不使其东调，策应华东野战军主力在陇海路东段和淮阴、淮安举行的淮海战役，刘伯承、邓小平指挥所部攻击郑州，威逼开封、徐州。10月22日，郑州解放。24日，开封解放。刘伯承预见到未来战局发展，决心以中原野战军少数兵力牵制住华中国民党军主力，尽力将它拉向豫西山区，结果，白崇禧指挥下的张淦、黄维两兵团在“穷迫到底”的严令下，一个向南深入大别山，一个向西深入伏牛山，从而迟滞了华中敌军主力的东调，有力地配合了华东野战军在淮海战役第一阶段对黄百韬兵团的歼灭战。10月末，蒋介石为确保华东、华中不失，派黄维第十二兵团东开阜阳、太和、上蔡地区，以配合徐州方面作战。根据中央军委指示，刘伯承命令第二、第六纵队坚决拖住黄维兵团，为徐州方向作战赢得时间。
11月10日，刘伯承赶到淮海前线后，立即同陈毅、邓小平研究从速攻取宿县，截断徐蚌间敌人联系的问题。11日，下达了作战命令。12日，各参战部队开始行动，中原野战军第四纵队等部奉命向徐、宿一线之敌攻击。同时，第三、第九纵队一部乘势包围宿县县城，并在城南构筑阵地，准备诱歼北援之敌。在扫清外围，完成攻城准备以后，刘伯承和邓小平命令第三纵队等于15日下午发起总攻，至16日拂晓全歼守敌，攻占宿县。第四纵队等也在同时占领了固镇，控制了200里铁路及沿线两侧地区。毛泽东在淮海战役第一阶段胜利结束后致刘伯承等的电报中，高度评价了攻取宿县的战略行动。
这时，淮海战场大军云集，战云密布，国民党军队约80万人，华东、中原野战军共25个纵队60余万人。中央军委认为，两大野战军经中原逐鹿后，已发展到在中原与敌决战阶段，此战胜利，不但长江以北局面大定，即全国局面亦可基本上解决。为统一领导中原、华东两大战略区和两大野战军行动，统筹淮海战场供应，中央军委决定“由刘伯承、陈毅、邓小平、粟裕、谭震林五同志组成一个总前委，可能时五人会议讨论重要问题，经常由刘、陈、邓三人为常委临机处置一切，小平同志为总前委书记”。
11月19日，当黄百韬兵团将被围歼时，刘伯承等致电中央军委，认为华东野战军连续作战已相当疲劳，建议第二阶段由华野分别牵制徐州、蚌埠方面之敌，而以中原野战军为主围歼黄维兵团。22日，刘伯承在中原野战军纵队首长会议上明确指出，中野任务是设法将黄维兵团包围起来，尔后分割歼灭。他根据敌我双方实力，比喻这一仗是“瘦狗拉硬屎”，因为双方兵力相当，但武器装备敌强我弱。随后，刘伯承等指挥第四纵队扼守南平集要点，给敌人重大杀伤后放弃此点，在浍河以北布置袋形阵地，诱敌深入加以聚歼。24日，中原野战军各路部队展开猛烈的向心攻击，将黄维兵团包围在以双堆集为中心，半径15华里的地区内。蒋介石急忙召开会议，部署徐州“主力”南下，李延年兵团北上支援黄维。由于南北援军未到，蒋介石又只好令黄维“固守待援”。
27日，黄维集中了4个主力师轮番持续进攻，企图突围。刘伯承等得知这一消息，指示第六纵队坚决支持敌4个师中的第一一○师起义，并预伏火力，杀伤了随该师跟进的敌军。待黄维发现第一一○师起义，重新组织突围时，已成为强弩之末了。蒋介石不甘心失败，严令杜聿明率30万人撤离徐州，企图拊击中原野战军侧背，接应黄维兵团，合兵南撤，并派李延年、刘汝明率部北进为接应。粟裕指挥华东野战军11个纵队，实施多路、多层次的追击与拦击，于12月4日将杜聿明集团全部包围于徐州西南的陈官庄、青龙集地区。
刘伯承等精确地计算敌兵力损耗后，决定进入阵地歼灭战阶段。对此时的战局，刘伯承分析：军委电令我们吃掉已被包围的黄维兵团，围住南下的杜聿明集团，阻住北上的李延年兵团，这叫吃一个、挟一个、看一个。要保证挟着的掉不了，看着的跑不了，就必须吃掉黄维兵团，腾出手来，再歼杜聿明、李延年。此后，刘伯承、陈毅、邓小平分别组织了陈赓东集团、陈锡联西集团、王近山南集团，并于12月6日发起总攻。12日，刘伯承、陈毅以中原、华东野战军司令员名义、发出《促黄维立即投降书》，但黄维拒绝投降，刘伯承等决定予其彻底打击。13日，他们调整了攻击部署，以华野两个纵队加入南集团作战，14日，各路攻击部队四面八方而来，黄维见大势已去，于15日下午突围，结果被生俘。至此，作战结束，共歼敌1个兵团部、4个军部、11个整师和1个快速纵队，共10万余人，缴获大批武器、军用物资。1月10日，华东野战军全歼杜聿明集团，淮海战役胜利结束。两大野战军并肩作战，歼灭国民党军队精锐主力5个兵团，22个军，56个师，共55.5万余人，解放了长江以北广大地区。这一战役，实现了刘邓的预言：“中原逐鹿，鹿必将落入我南线解放大军之手!”
淮海战役后，刘伯承挥军进行渡江战役。占领南京后，刘伯承出任南京市第一任市长。不久刘伯承指挥部队进军西南，完成进军西南、经营西南的战略任务。
早在鏖战淮海之时，毛泽东就指示总前委开会研究战略决战后作战计划及将来渡江作战问题，然后由刘伯承将意见带到中央。1948年底，刘伯承、陈毅到达中共中央和中央军委所在地河北省建屏(现平山)县西柏坡，出席了中共中央于1949年1月6日至8日召开的政治局会议，听取了毛泽东关于渡江作战的意见。1949年2月11日，他一回到河南商丘张菜园中野司令部，就开始紧张地准备渡江工作。
1949年2月，第二野战军司令员刘伯承、政治委员邓小平。刘伯承以主要精力主持部队整编。根据中央军委命令，中原野战军改编为中国人民解放军第二野战军，刘伯承为司令员，邓小平为政治委员。部队以原有的7个纵队为基础扩编为第三、四、五兵团。刘伯承在3月给毛泽东的工作报告中，围绕着部队整编工作，系统地表达了军队建设意见，提出组织调整、兵员补充、后勤建设等三个问题。
这时，经过辽沈、淮海、平津三大战役，国民党军队主力基本上被消灭，余部100多万已退守到长江以南及边远省份。
3月31日，总前委书记邓小平，根据中共中央、毛泽东指示及总前委会议精神，结合国民党军队江防情况和第二、第三野战军兵力配置，制定了《京沪杭战役实施纲要》，决定以第二野战军组成西作战集团，第三野战军组成中、东作战集团，共同协力，求歼沿江防御之敌。夺取南京、上海等城市。据此，刘伯承于4月8日下达了《第二野战军渡江作战基本命令》。
1949年4月21日，根据毛泽东主席、朱德总司令的命令，继第三野战军中作战集团渡江成功、拦腰斩断敌长江防线之后，刘伯承指挥西作战集团各兵团，同时在西起马当，东至棕阳，约200里宽的正面上，有重点地对敌发起攻击。在强大的炮火掩护下，在威武雄壮的《人民解放军进行曲》的乐曲声中，指战员和水手们密切合作，渡船直冲对岸。至20时，已渡过了16个团，控制了宽200余里，纵深10至20里的登陆场。23日，野战军主力全部渡过长江，并根据刘伯承的指示向纵深发展。随后，他根据敌人在江防被突破演变为溃乱的趋势和黄山、鄱阳间交通、粮食状况以及我军渡江后的前方态势，提出二野主力不与三野主力成交叉运动去南京地区，而以全力直出贵溪、上饶、徽州以指向浙赣路进贤至义乌一线。针对有的部队不敢大胆追击，刘伯承向各级指战员强调猛打、猛冲、猛追的方针，不顾一切疲劳，不为地形及气候所限制，勇往直前，大胆迂回包围，务求抓住其主力而歼灭之。战术上实行平行追击、跟踪追击、超越追击相结合。在他的及时指导下，各追击部队加快了进军速度，扩大了追击战果，接连攻下浙南、闽北等重要城镇，前锋直指闽江、赣江，解放了安庆等86座城市和皖南等广大地区。
此后，鉴于美帝国主义可能实行的军事干涉，刘伯承和邓小平根据中共中央和毛泽东指示，于5月14日下达了《关于休整与备战的指示》，调整休整地区和确定休整内容，开展城乡工作。5月27日，第三野战军解放上海，标志着渡江作战胜利结束。其间，根据中共中央的任命，刘伯承出任解放后的南京市首任市长兼市委书记及市军管会主任。6月下旬，刘伯承赴上海参加华东局会议，7月9日，他在南京市支部书记和军队团以上干部会议上，结合华东局会议精神，作了题为《关于反封锁与城乡生产的互助和交流问题》的长篇报告，详尽地总结了南京解放以来各方面的工作情况。
渡江战役结束以后，“胡宗南全军正向四川撤退，并有向昆明撤退消息。蒋介石、何应钦及桂系正在做建都重庆割据西南的梦。”8月19日，刘伯承和邓小平根据毛泽东“欲消灭胡军及川康诸敌，非从南面进军断其退路不可”的指示，部署二野主力(除第四兵团)攻略贵阳及川东南，以大迂回动作，先进击宜宾、泸县、江津地带之敌，并控制上述地带以北地区，以使宋希濂、孙震及重庆等地之敌完全孤立于川东地区，尔后聚歼这些敌人，或用政治方法解决之，第四兵团配属第四野战军执行广东作战任务。
10月1日，刘伯承作为中央人民政府委员登上北京天安门城楼，参加了开国大典，他站在毛泽东身边，检阅了人民解放军的受阅队伍。
随后，他公开表示二野要由川北入川作战，以迷惑敌人，实际上却是根据总部的部署，指挥第五兵团隐蔽地集结于湘西。11月1日，出敌不意发起进军川黔作战。刘伯承和邓小平指挥北路的左、右两集团，直出彭水、黔江地区，会歼宋希濂兵团于彭水以东地区，指挥南路实行大迂回，直入贵州，夺取贵阳、遵义，进击宜宾、纳溪、泸州，断敌逃往云南的退路，由于二野主力行动方向完全出敌意外，敌川黔防线很快被突破，战役发展完全按照预定设想进行。鉴于蒋介石急令胡宗南加速由川北南撤，21日，刘伯承和邓小平再次向部队指明，当前作战的关键是迅速切断胡宗南及川境诸敌退路。令南路军兼程前进，继续迂回，指战员们不顾泥泞路滑、山崖陡峭，日夜冒雨向指定地点急进，终于提前到达，堵住了敌人退路。11月30日，刘伯承和邓小平指挥南路集团军乘势夺取重庆。12月6日，他们又指挥所部同贺龙所率由秦岭入川的十八兵团共同发起成都战役。
1949年12月，已担任中共中央西南局第二书记的刘伯承又被任命为西南军政委员会主席。1950年2月8日，刘伯承为主席的西南军政委员会宣告成立，随后健全了各机构。在刘伯承、邓小平、贺龙的领导下，各部队加紧剿匪，至1950年底，西南全区共歼匪85万，缴枪40万支，有力地打击了匪特气焰，根除了大西南的严重匪患。此外，他以强有力的组织措施迅速恢复和发展农业生产，使西南地区农村面貌发生了深刻变化。至10月下旬，西南区清匪反霸、减租退押和各项经济建设都已取得基本成功，全区工作已初具规模。
刘伯承十分重视统战工作，尤其关注西南地区的少数民族工作，指示驻军到大凉山寻找当年帮助红军过彝族区的小叶丹等人，并亲自向记者讲述当年这段动人故事。此外，刘伯承还和贺龙、邓小平等领导进军西藏的准备工作，他们组织的昌都战役连同各种统战工作，为和平解放西藏奠定了基础。