黄维兵团被歼，淮海战役第二阶段的任务已经完成，其间，解放了战略重镇徐州。中共中央贺电中指出：“徐州是南京的门户，是匪首蒋介石进行反革命内战的巨大军事基地，徐州的迅速解放，对于全国战局，极为有利。尚望继续努力为全歼当面匪军而奋斗。”毛泽东、中共中央电贺淮海战役第二阶段大捷时指出：黄维兵团的被歼，迫使李、刘兵团向淮河以南回窜，从而使杜聿明集团“完全孤立于永城东北地区，粮尽援绝，坐以待毙”。“望团结全体军民，继续努力，为全部歼灭当面匪军而战！”
黄维兵团被歼后，陷入重围的杜聿明集团还剩下邱清泉和李弥两个兵团。邱兵团下辖“王牌”第五军（国民党五大主力之一）、第十二、第七十、第七十二、第七十四军；李兵团下辖第八、第九、第一一五军，共计8个军，被解放军合围在以陈官庄为中心南北5公里、东西10公里的狭小地区内，孤立无援，陷于绝境，全军覆没已成定局。但此时华北战场平津战役已经开始。毛泽东和中央军委为着不使蒋介石迅速决策海运平津地区国民党军南下，12月14日，毛泽东电告粟裕，淮海前线我军对杜聿明集团在若干天内“只作防御，不作攻击”。
16日，毛泽东又电示总前委和华东野战军：“我包围杜聿明各部，可以10天左右时间休息，调整并集中华野全力，然后发起攻击。”要求在此期间，“向杜、邱、李连续不断地进行政治攻势，除部队所做者外，请你们起草口语广播词，每三五天一次，依据战场具体情况变更其内容。”
总前委依据军委指示，决定华东野战军自16日起，以10天为期转入战场休整（后又延长10天）；中原野战军位于宿县、蒙城、涡阳地区休整，为战役总预备队，随时准备协同华东野战军歼灭杜聿明集团，或寻歼可能自蚌埠再次来援之敌。
解放军经过20天战场休整，各部队士气旺盛，体力恢复，战斗力大为提高，为最后总攻，全歼杜聿明集团打下良好的基础。
与解放军情况相反，在包围圈内的敌军处境却十分凄惨。
从12月20日开始，战区雨雪交加，气温骤然下降，空运时断时续，粮食弹药都缺乏。大批士兵被冻死饿死。加之解放军强大的政治攻势，送饭喊话，送宣传品，发动年关攻势，因此敌人士气遭到严重打击，极度低落，斗志涣散，平均每夜有300余士兵及下级军官从阵地跑出来，投向解放军的第一个要求，就是吃饱。向解放军携械来降者，由零星发展到整排整连整营。到解放军发起总攻前，已有1.4万人投诚。但杜聿明等高级将领不听解放军警告，仍拒绝投降。一再请求蒋介石调西安、武汉一切可以集中的力量，与解放军决战。而蒋介石此时已众叛亲离，手中已无机动兵力。白崇禧拒绝调走其第二军，否则请求辞职。傅作义在平津已被解放军战略包围和战役分割，已成笼中之鸟，无力外援。胡宗南部远在西北，且被西北野战军钳制。蒋介石无奈，只能令杜聿明待补足粮弹后，在空军支援下，施放毒气，掩护残兵败将突围。
1949年1月初，平津解放军已给傅作义以沉重打击，其退路已被切断。华东野战军经毛泽东和中央军委批准，决定以10个纵队和冀鲁豫军区部队组成东、北、南3个突击集团，向杜聿明集团发起总攻击。
东集团由第三、四、十、渤海纵队及冀鲁豫军区两个独立旅组成，归第十纵司令员宋时轮、政治委员刘培善指挥，向国民党军防御阵地的东部实施主要突击。北集团由第一、九、十二纵队组成，由谭震林、王建安指挥，由北向西南对国民党军防御阵地实施突击。南集团由第二、八、十一纵队组成，由苏北兵团司令员韦国清、副政治委员吉洛指挥，由南向东北国民党军防御阵地突击。另有第六、七、十三、鲁中南、两广纵队和第三十五军等部作为外围拦截部队，截歼可能突围之国民党军。
中原野战军按照中央军委指示，仍集结在宿县、蒙城、涡阳地区休整，进行战斗总结，抓紧补充兵员，感化俘虏，调整战斗组织，并担任战役总预备队，随时准备加入战斗歼敌。
1949年l月6日下午3时30分，华东野战军按预定部署，采取先歼包围圈东部李弥第十三兵团，再歼西部邱清泉第二兵团的方针，对杜聿明集团发起猛烈攻击。
突击部队像一把锋利的钢刀，从各个方向勇猛插入敌纵深。在两小时内，即歼李弥兵团万余人，攻占13个村落据点。
7日，攻克李弥兵团司令部驻地青龙集等20余处据点，歼灭李弥兵团主力，以及邱清泉兵团的第七十二军大部。
李弥率残部逃向邱兵团驻地。解放军的强大攻势，迫使杜聿明收缩兵力调整部署，妄图伺机突围。
8日，华东野战军继续紧缩包围圈。
9日，国民党军在20余架飞机掩护下施放毒气，拼命反扑，企图夺路向西突围，被解放军击退。黄昏，攻击部队乘胜继续以坚决的动作，迅速插入国民党军纵深及其中心阵地，使敌人来不及重新调整部署，大批敌人或被俘，或逃命，把敌人完全打乱了。残敌失去指挥，陷入混乱状态，纷纷投降。国民党“王牌”第五军四十五师师长率2个团官兵，第八军四十二师副师长和参谋长率3个团官兵，第九军军部率第三师残部，第七十二军军部率1个团，第七十军三十二师师部率1个野炮营（带12门野炮，3门美式山炮）及1个辎重营，以及第十二军一一二师三三五团团长率全团官兵等向解放军投诚。敌6辆坦克突出重围向西逃窜，被解放军骑兵团追获。
10日，解放军打下杜聿明指挥部与邱、李两兵团司令部所在地陈庄、黄庄、陈官庄及数十个据点。激战到10日下午4时，解放军摧毁了敌人成千上万个地堡、散兵坑及蛛网式的壕沟，攻克90多个村镇据点。至此，全歼杜聿明集团。
就在国民党土崩瓦解的时候，杜聿明同邱清泉于8日黄昏前后逃到陈庄第五军司令部，指挥部及战车等部队在陈庄以西集结，幻想在空军掩护下突围。
但是一到陈庄后，解放军的炮弹即跟踪追来。杜聿明躲到掩蔽部，这时，李弥、邱清泉、熊笑三等又来要求夜间突围，杜聿明仍主张照蒋介石的指示，10日上午突围。
大家一致认为白昼突围无希望。杜聿明说：“如果你要走的话，你们先走，我一个人在这里守到底，以免耽误了大家。”一直争吵到晚10时左右，熊笑三有些愤愤不平地出去了。一时四周机关枪、大炮、手榴弹之声大作，熊跑回来对杜聿明说：“已经打到司令部来了，要下决心。”
接着他撕了一把白布条拿在手中。杜聿明听到枪声炮声只是一边响，这是熊笑三在搞鬼，就说：“这是你们部队自己打的，你出去看看为什么这样？”
熊不肯去，邱清泉似乎见杜聿明看破了诡计，就说“：笑三去看看吧！”邱、熊出去不久，枪炮声停了，他们又转回来，劝杜聿明必须当晚突围。
杜聿明看看大家说：“既然都是这样主张，只有分头突围好了。”李弥、邱清泉、熊笑三想同杜聿明一道走。杜聿明说：“这不是让敌人一网打尽吗？我们就这样走，如何对得起部下？赶快通知他们自找出路。”
邱清泉即与各军打电话，熊笑三已溜掉，李弥还在等着。杜聿明说：“丙仁兄（李弥的字）也通知一下各军好了。”李弥出去又回来说：“第五军警戒兵说，谁也不让走。”杜聿明很生气地说：“哪里会有这回事！”李弥这才去了。