12月1日，杜聿明率邱、李、孙三兵团共27万人弃守徐州南下。杜聿明弃守徐州的计划，毛泽东早已预料到，他于次日电令华东野战军：敌向西逃，你们应以两个纵队侧翼兼程西进，赶至敌人先头堵住，方能围击，不要单靠尾追。经过三天的追击，将敌人包围在永城陈官庄地区，孙元良兵团被全歼。刘汝明、李延年兵团也遭到沉重打击。毛泽东分析了此时的态势，认为不能与敌人长期相峙，必须加速战役进程，决心采取集中兵力围歼黄维兵团，困住杜聿明集团，阻击李延年、刘汝明兵团的方针。为此，12月6日对黄维兵团发起了猛烈攻击，采取了沟壕战术，同时发起了强大的政治攻势。12日，刘伯承、陈毅发出了《促黄维立即投降书》，但黄维拒不投降，遂于13日晚发起总攻，经过一天的激战，全歼黄维兵团，生俘黄维。刘汝明、李延年兵团也被迫撤至淮河以南，杜聿明集团更加孤立，从而加速了淮海战役的进程。
第三阶段，从1948年12月16日开始到1949年1月10日结束。当黄维兵团被歼、杜聿明集团被围时，平津战役已经开始。傅作义所指挥的60万国民党军队为东北野战军解放全东北的胜利所震慑，急忙收缩兵力，企图海运南逃或西窜绥远。蒋介石要求傅作义“万不得已时撤回江南”。为了配合华北战场上人民解放军“隔而不围”，“围而不打”，争取和平解放平津的战略行动，毛泽东决定淮海战场上的人民解放军进行休整，对敌人进行防御。这样就可以麻痹敌人，使傅作义暂不海运平津诸敌南下，实现将国民党军队主力歼灭于长江以北的战略设想，同时可使中野和华野获得休整，使两个战场互相配合，钳制敌人。为此，毛泽东命令在歼灭黄维兵团后，留下杜聿明指挥的邱清泉兵团等余部，两星期内不作最后歼灭之部署，22日又电示粟裕：你们集中华野全军并多休整数日，养精蓄锐，然后一举歼灭杜聿明。只要杜部不大举突围，应休整至下月初，约于1月5日左右开始攻击较为适宜。
根据毛泽东的部署，淮海战场上的人民解放军进行了休整，同时对敌人展开了强大的政治攻势。17日毛泽东为中野、华野司令部写了《敦促杜聿明等投降书》，向被围困的国民党军阵地反复广播。毛泽东以其独具的辛辣笔调写道：“你们现在已到了山穷水尽的地步。黄维兵团已在十五日晚全军覆没，李延年兵团已掉头南逃，你们想和他们靠拢是没有希望了。你们想突围吗？四面八方都是解放军，怎么突得出去呢？你们这几天试着突围，有什么结果呢？”毛泽东最后要求他们：“立即下令全军放下武器，停止抵抗，本军可以保证你们高级将领和全体官兵的生命安全。只有这样，才是你们的唯一生路。你们想一想吧！如果你们觉得这样好，就这样办。如果你们还想打一下，那就再打一下，总归你们是要被解决的。”但是杜聿明始终不肯放下武器。
1949年初，华北野战军和东北野战军完成了对平津之敌的分割包围，平津诸敌已无路可逃，毛泽东立即命令在淮海战场上对敌人发起总攻。1月6日对杜聿明部发起猛攻，经过四天激战，歼灭了邱、李兵团，击毙邱清泉，生俘杜聿明，至此淮海战役胜利结束。
淮海战役从1948年11月6日到1949年1月10日，历时66天，共歼灭国民党军队55.5万多人。国民党军队在南线的精锐主力已被消灭。长江中下游以北的广大地区已得到解放。国民党政府的统治中心南京、上海和长江中游的中心城市武汉已处在人民解放军的直接威胁下。整个南线战局已经根本改观。
淮海战役是三大战役中唯一的人民解放军在总兵力上少于国民党军队的情况下进行的。毛泽东称赞前线指挥员们：淮海战役打得好，好比一锅夹生饭，还没有完全煮熟，硬是被你们一口一口地吃下去了。华东野战军副参谋长张震回忆道：“淮海战役既是与敌人斗力，也是与敌人斗智。”“毛主席的战略思想、作战方针和作战指导原则，是克敌制胜的根本依据。前线指挥员的胆略、智慧和威望，也是不可缺少的。他们从战场实际情况出发，积极贯彻和补充作战方针，并根据情况变化，采取机断处置，适时调整部署，这个环节如稍有失误，也不可能取得战役的全胜，甚至蛋打鸡飞功亏一篑。毛主席十分重视了解下情和发扬集体智慧，善于集中下级的正确意见，充分发挥前线指挥员的主观能动性，并给他们以临机处置的权力，使中央军委的战略意图得到更好的贯彻，这更证明了毛主席的伟大英明。”
平津战役：稳住敌人，就地解决
“辽沈、淮海、平津三大战役以后，国民党军队的主力已被消灭。国民党的作战部队仅仅剩下一百多万人，分布在新疆到台湾的广大的地区内和漫长的战线上。今后解决这一百多万国民党军队的方式，不外天津、北平、绥远三种。”用这样三种方式来解决国民党的一百多万残余军队，是在国民党军队主力被歼后的新条件下，毛泽东关于军事斗争和政治斗争互相结合的思想的运用和发展。
当淮海战役鏖战正酣之际，毛泽东又部署了三大战役中的最后一个战役——平津战役。平津战役之前，人民解放军总兵力已发展到300余万人，而国民党军队只剩下290万人，同时国民党在政治上、经济上也陷于瓦解状态，国民党的反动统治已处于风雨飘摇之中。
国民党在战略上可以使用的机动兵力只剩下华北傅作义集团。傅作义集团约60万人，在华北人民解放军的沉重打击下和辽沈、淮海战役的震撼下，已成惊弓之鸟，陷于孤立无援的困境。为挽回败局，蒋介石一方面企图利用傅作义集团固守平津，迟滞解放军南下，使其获得时间，加强长江防线；另一方面又企图将傅作义集团经塘沽海运江南，增援华东战场，或扼守长江，防卫南京、上海地区。而傅作义集团则企图西撤其发家之地绥远，以保存实力。经过激烈的讨价还价，蒋介石和傅作义才确定了“暂守天津，保持海口，扩充实力，以观对变”的方针。傅作义错误地认为东北野战军在短期内不会入关，因此他根据上述方针，将部队收缩在以北平、天津为中心，东起唐山，西至张家口的长达1000余里的铁路线上。
毛泽东认真地研究了敌我态势，认为敌人南窜或西撤，都会对战局产生极为不利的影响。因此，稳住华北敌军，不使其南窜或西撤，不让敌人收缩，就成为平津战役的主要关键。为此，毛泽东作出了稳住敌人，不使逃跑，分割包围，就地全歼的战略计划。
11月18日毛泽东命令林彪等在辽沈战役结束后，不待休整，立即迅速隐蔽人关，力求就地将敌人歼灭。20日又指示新华社及东北各广播电台，在两星期内，多发沈阳、新民、营口、锦州各地主力部队庆功祝捷、练兵、开会的消息，迷惑敌人。27日令东北野战军先遣兵团与华北野战军第二兵团的三纵、四纵等切断平绥线。东北野战军不畏疲劳，11月23日挥师南下，从喜峰口等人关，至12月20日，80万军队全部抵达平津前线。为加强对平津战役的领导，由林彪、罗荣桓、聂荣臻组成总前委。平津战役分三个阶段进行：
第一阶段从1948年11月29日开始，到12月20日结束。为了阻止傅作义集团西撤，必须控制平绥路。为此，毛泽东于11月22日、24日命令华北野战军第三兵团迅速进至军事重镇张家口附近，并切断张家口和宣化的联系。11月29日第三兵团猛攻张家口，傅作义不得不派其主力部队三十五军增援张家口，以控制西撤的通道。12月8日，我第三兵团又将三十五军包围在新保安。至此，傅作义的主力部队被包围在张家口、新保安地区，平绥路东段被切断，使敌人西撤的阴谋破产。12月2日华北野战军第三兵团又割断了宣化、怀来间的联系，东北野战军先遣兵团则割断了北平、怀来间的联系。
毛泽东根据敌我态势，于12月11日起草了《关于平津战役的作战方针》，指出，“张家口、新保安、怀来和整个北平、天津、塘沽、唐山诸敌，除某几个部队例如三十五军、六十二军、九十四军中的若干个别的师，在依靠工事保守时尚有较强的战斗力外，攻击精神都是很差的，都已成惊弓之鸟”，“切不可过分估计敌人的战斗力”；同意东北野战军“以五个纵队立即去南口附近，从东北面威胁北平、南口、怀柔诸敌”，“三纵决不要去南口，该纵可按我们九日电开至北平以东、通县以南地区，从东面威胁北平，同四纵、十一纵、五纵形成对北平的包围”。“我们的真正目的不是首先包围北平，而是首先包围天津、塘沽、芦台、唐山诸点”。建议东北野战军“12月20日至12月25日数日内即取神速动作，以三纵（由北平东郊东调）、六纵、七纵、八纵、九纵、十纵等六个纵队包围天津、塘沽、芦台、唐山诸点之敌，如果诸点之敌那时大体仍如现时状态的话”，“东面则应依情况，力争先歼塘沽之敌，控制海口。只要塘沽（最重要）、新保安两点攻克，就全局皆活了”。命令“从本日起的两星期内（12月11日至12月25日）基本原则是围而不打（例如对张家口、新保安），有些则是隔而不围（即只作战略包围，隔断诸敌联系，而不作战役包围，例如对平、津、通州），以待部署完成之后各个歼敌。尤其不可将张家口、新保安、南口诸敌都打掉，这将迫使南口以东诸敌迅速决策狂跑”等等。
根据毛泽东的战略部署，迅速完成了对北平、天津、塘沽的战略包围，至此，傅作义集团被分割在新保安、张家口、北平、天津、塘沽五个孤立的据点，斩断了傅作义的一字长蛇阵，达到了毛泽东提出的稳住敌军的目的，为以后从容各个歼灭敌人创造了条件。
第二阶段从1948年12月21日开始，到1949年1月15日结束。经过第一阶段的作战，人民解放军将敌人分割包围，使其处于收不拢、逃无路的境地。为了全歼张家口、新保安等地的敌人，毛泽东于12月19日拟定了作战计划：东北野战军第四纵队到达张家口并部署完毕后，华北第二兵团即对新保安敌三十五军发起攻击，准备五天左右结束战斗，之后就地休整十天左右。在此期间，华北第三兵团及东北野战军第四纵队不要攻击张家口，但须防止敌人突围逃跑。如敌逃跑，则歼灭之，如不逃跑，则继续围攻之，等等。
华北野战军第二兵团12月22日发起攻击，从四面实行突击，经过11个小时的激战，全歼傅作义的命根子三十五军1.6万余人，三十五军军长郭景云自杀。新保安失守后，张家口的敌人已无固守的信心，向西南和东北方向突围，华北野战军第三兵团和东北野战军第四纵队密切配合，24日解放张家口，歼敌5.4万余人。至此，傅作义的嫡系部队基本上被歼灭了。
人民解放军攻克新保安、张家口后，敌人西撤的道路被切断。为了控制海口，切断敌人的海上退路，进一步孤立北平之敌，毛泽东决定人民解放军尽快地围歼津塘之敌，命令东北野战军以三个纵队迅速插入天津、塘沽间，歼灭天津、塘沽线上之敌，控制该线，割断津、塘间的联系，然后歼灭塘沽之敌。21日毛泽东又电告林彪等：“攻击塘沽的迟早，以我军由大沽或塘沽附近是否可以炮击塘沽海港和完全封锁塘沽来作决定。如果不能完全封锁，该地敌人仍有由海上跑掉的危险（据外电通讯社报道，国民党有一批军舰在塘沽附近），则我军应不惜疲劳，争取于尽可能迅速的时间内歼灭塘沽敌人。如果塘沽海港能由炮火完全封锁，敌人无法逃跑，则可从容部署攻击不必性急，大体上于本月底或下月上旬，夺取塘沽即可”。
由于塘沽背面靠海，地势开阔，盐田较多，不利作战，林彪等向中央军委建议，首先攻取天津。12月29日，毛泽东批准了这一建议，认为完全正确。同时将华北第二、第三兵团及东北野战军第四纵队调到北平附近，防止北平敌人突围。
1949年1月7日，东北野战军决定用五个纵队歼灭天津守敌，由刘亚楼统一指挥。天津是华北最大的工商业城市，南北交通的重要枢纽。它东临大海，整个市区被永定河、大清河、子牙河、白河、运河诸水切成许多块，易守难攻。国民党天津防守司令陈长捷为了固守天津，从1947年起，花费250亿元的巨款，修筑了84华里的环城碉堡工事。市区内街垒层层，以海光寺、市政府等为中心，构成了坚固的防御体系。还挖掘了水深3米，宽5米，长达50里的护城河。护城河外布置了地雷、铁丝网等。陈长捷企图凭借坚固的防御体系，指挥13万国民党军队负隅顽抗。
天津拥有200万人口，为了保护人民的生命财产安全，毛泽东要林彪等在天津其他区域的敌军均已消灭的情况下，对工厂、学校的敌人尽可能采取劝降的方法，以便减少损失。
天津市区狭长，南北长25里，东西宽10里。为此，我军确定了东西对进，拦腰截断，先南后北，然后分割围歼，先吃肉后啃骨头的方针。1月6日林彪、罗荣桓致函陈长捷，要他仿效长春郑洞国，令守军自动放下武器。但陈长捷提出了“只放下重武器，全部人马和轻武器撤往江南”的要求，拒不答复和平条件。14日人民解放军发起攻击，经过29小时的激战，歼敌13万人，活捉陈长捷。16日塘沽敌人乘船南逃，东北野战军第十二纵队歼其掩护部队3000余人，17日解放塘沽。
第三阶段从1949年1月16日开始，到21日结束。天津、塘沽、新保安、张家口解放后，百万解放军云集北平，北平敌1个“剿匪”总部、2个兵团、8个军、25个师20余万人已成囊中之物。北平是文化古都，为了保护文化遗产和人民的生命财产安全，毛泽东决定在对国民党军队进行军事打击的同时，开展政治攻势，使其放下武器，归向人民。当得知傅作义有和谈的意向时，毛泽东电告林彪等，准备同傅谈判，以便分化敌人，首先歼灭华北的蒋系部队。
1948年12月中旬，人民解放军要求傅作义解除武器，而傅作义则企图保留军队，会谈没有取得任何进展。人民解放军在解放张家口、新保安，歼灭傅作义的嫡系部队后，傅作义才放弃幻想，采取了较为现实的态度。