东野随即展开了对廖耀湘兵团的大围歼，采取边合围，边分割、边歼灭的战法，并直捣其指挥中心。韩先楚的第3纵队仅用3个小时，便一举端掉了廖耀湘的兵团指挥部和新1军、新6军、新3军军部。廖耀湘10万人马群龙无首，乱成一团。廖耀湘急得用明语呼叫：“部队到二道岗子集合！”林彪立即下令：以乱对乱，哪里有枪声就往哪里打，并命部队到二道岗子去抓廖耀湘。至10月28日拂晓，辽西会战结束，廖耀湘西进兵团所属新1军、新6军、新3军、第71军和第49军共计5个军12个师10万余人全部被歼灭，兵团司令廖耀湘中将、新6军军长李涛中将、第71军军长向凤武中将、第49军军长郑庭芨中将被俘。新1军军长潘裕昆和新3军军长龙天武只身逃回沈阳。
26日，当蒋介石在北平得知廖耀湘兵团在辽西走廊遭到解放军围歼时，在日记中写道：“东北全军，似将陷于昼黑之命运，寸中焦虑，诚不知所止矣。”
辽西会战正酣时，林彪就已在部署下一步战事了。10月26日，命令钟伟第12纵队和5个独立师及1个骑兵师，由长春星夜兼程南下，切断沈阳之敌的退路。28日，命令辽宁军区迅速占领辽河渡口，架桥准备大军过河进军沈阳。
10月27日，蒋介石将杜聿明召到北平，商讨对策。蒋起初还想调海军运输舰将葫芦岛的部队海运营口登陆策应廖兵团从营口撤退。杜认为要将葫芦岛的部队运到营口，至少也要一个星期。在这一周内，廖耀湘要是存在的话，就可以自己打出来退到营口，否则一两天就完了。再把葫芦岛的队伍调去，等于白白送死。他建议蒋介石赶快调船把营口的部队撤退。蒋最后同意调船撤离营口的第52军，同时命周福成指挥第53军、第6军207师死守沈阳，并派杜聿明到沈阳召集周福成等部署沈阳防务。当天中午，杜聿明由北平飞沈阳，途中命令锦西各部队停止攻击，退回锦西既设阵地，严防解放军反攻。晚上，杜聿明飞到沈阳，与卫立煌研究如何巩固沈阳防务或撤退营口。卫这时心绪缭乱，坐卧不安，只是重复地说：“我早就向他（指蒋介石）说，出了辽西走廊就会全军覆没，他不相信，我画个十字，他也不信。现在你看我说中了罢！”又说：“从前我要守，他不肯守，现在什么也没有了，如何守法呢？”杜问卫：“退营口怎么样？”卫说：“长春敌人几个纵队已南下，退出去也马上完蛋。”杜聿明也觉得的确是退守两难，只有照蒋介石的命令，叫周福成指挥现有部队死守沈阳。第二天，杜聿明回到葫芦岛，着手部署撤退营、葫的部队。卫立煌见大势已去，于30日乘飞机离开沈阳。
围歼廖耀湘兵团之战，东北野战军实施大胆渗透和穿插，不仅使廖部建制大乱，自己的建制也跑乱了。各师、团单独作战，穷追猛进，哪里有枪声就往哪里打。至28日辽西会战结束时，各纵队已无法集结，师、团位置极为分散。刘亚楼急得望着各纵、各师位置的地图直挠后脑勺。罗荣桓焦急地说：“部队建制大乱，不利于统一行动。沈阳之敌眼看要向营口跑。”林彪抓了一把抄黄豆，不动声色地说：“乱就乱吧，下道命令，全军向沈阳进发，同时传达纵队和师、团，乃至营、连，不必集结，部队从原地出发。”
东野各部队迅速向沈阳兼程前进。10月31日，完成了对沈阳的包围。11月1日拂晓，对沈阳发起攻击。当天中午，第8兵团司令周福成和他的300名卫队在银行大楼放下武器。只有戴朴率第6军207师顽强抵抗，但很快被解放军消灭。至10月2日，沈阳全城为解放军占领。同日，解放军攻占营口，除刘玉章率第52军军部及所属第25师等几千人乘船从海路撤逃外，其余14000余人全部被歼。至此，辽沈战役结束。11月8日，国军东进兵团5个军12个师在杜聿明指挥下，由葫芦岛乘船撤逃。其中，原华北的第62军、92军及第95师撤往秦皇岛，其余第37军，52军及54军撤至上海、南京。
辽沈战役自9月12日至11月2日，历时52天，东北野战军以伤亡6.9万人的代价，歼灭国军47.2万余人，其中毙伤国军官兵5.68万人，俘虏32.43万人，反正及投诚6.49万人，起义2.6万人，俘虏国军少将以上高级军官186名。国军共损失1个东北“剿匪”总司令部，1个东北“剿总”锦州指挥所，1个冀辽热边区司令部，4个兵团部、11个军部和36个师。此外，还有1个骑兵司令部，5个炮兵团、战车团等特种兵部队。损失各种火炮4709门，轻重机枪13347挺和其他枪支175361支。
林彪指挥共产党军队在东北黑土地上与国民党军队较量3年，相继歼灭国军杜聿明、陈诚、卫立煌三员名将麾下108万兵力，解放东北全境，使得共产党手中有了一个资源雄厚的战略区和一支实力强大的战略预备队。11月3日，中共中央电贺东北野战军：“热烈庆贺你们解放沈阳，全歼守敌，并从而完成解放东北全境的伟大胜利。在3年奋战中歼灭敌人100余万，终于解放了东北三省的全部土地和3700万同胞，奠定了数年内解放全中国，然后将中国逐步建设为工业国家的巩固基础。中国共产党中央委员会谨向全东北军民表示感谢和敬意……”
蒋介石把丢失东北的责任全推在卫立煌身上。11月26日，蒋介石下令对卫立煌撤职查办，原令说：“东北剿匪总司令卫立煌迟疑不决，坐失军机，致失重镇，着即撤职查办。”随后将卫立煌软禁于南京家中。
辽沈战役，国共双方最高统帅蒋介石和毛泽东几乎同时都看到了锦州这步关键之棋，但蒋与他的东北将领们意见不一，从而举棋不定，贻误战机在先。蒋介石后来更犯下一个致命的战略错误，不顾当时东北解放军力量增长的实际情况，固执地与解放军展开决战，终使几十万精锐之师在东北大地上灰飞烟灭。这一战后，国军总兵力下降到290万人，解放军总兵力上升至300万人。国共双方的正负位置，已经颠倒过来了。毛泽东信心十足地说：“这样，我们原来预计的战争进程，大为缩短。”“现在看来，只需从现在起，再有一年左右的时间，就可能将国民党反动政府从根本上打倒了。”
辽沈战役的胜利，对解放战争来说，大大加速了胜利的进程。人民解放军不仅有了巩固的有较强工业基础的战备后方，拥有了东北野战军这支近百万的战备机动部队，为以后解放平津和华北创造了有利条件，这对于整个战略决战的进一步展开有着重要的意义。
淮海大捷
辽沈战役进行之时，中共中央已开始淮海战役的部署。这次战役是人民解放军在以徐州为中心，东起海州、西至商丘、北起临城(今薛城)、南达淮河的广大地区进行的一次决定性的战役。参加部队有华东、中原两野战军及地方部队共约60万人。1948年10月11日，中共中央军委发出《关于淮海战役的作战方针》的指示。11月16日，成立由刘伯承、陈毅、邓小平、粟裕、谭震林组成的总前政委员会，邓小平任书记，统筹指挥淮海前线我军的一切行动。
当时，国民党军集结在淮海地区的是徐州“剿总”总司令刘峙、副总司令杜聿明指挥下的四个兵团和三个绥靖区部队及从华中赶来增援的黄维兵团共80万人。他们采取“一点两线，重点密集”的作战部署，以徐州为中心，同时陈兵于商丘至连云港的陇海线和临城至蚌埠的津浦线，企图控制徐州，守住中原，屏障南京。
1948年11月6日，淮海战役开始。华东野战军按照预定计划，向新安镇地区的黄百韬兵团发起攻击，但该兵团已离开新安镇沿铁路西撤。华东野战军立即改变部署，展开猛烈追击、截击。就在黄百韬兵团要缩回徐州的关键时刻，国民党军第3绥靖区副司令官、中共地下党员何基沣、张克侠根据华东野战军的布置，于8日率3个师在徐州东北的贾汪、台儿庄起义，为人民解放军迅速截断黄百韬兵团的退路创造了有利条件。
至11日，黄百韬兵团4个军被包围在以碾庄圩为中心的18平方公里的区域内，另一个军在运河窑湾被歼灭。黄百韬依托工事顽强抵抗。华东野战军适时采取“先打弱敌，后打强敌，攻其首脑，乱其部署”的战法，从11月16日开始发起总攻，激战至22日，全歼黄百韬兵团，兵团司令官黄百韬自杀身亡。
在围歼黄百韬兵团的同时，中原野战军在徐州以西、以南发动攻势。11月16日凌晨攻克徐蚌间战略枢纽宿县，隔断徐蚌两敌的联系，使徐州刘峙集团陷于完全孤立。
黄百韬兵团被歼，徐蚌交通被截断后，蒋介石为改变这种不利局面，决定以徐州的邱清泉、孙元良两兵团，沿津浦路向南，以李延年、刘汝明两兵团由蚌埠向北，以黄维兵团由蒙城向宿县方向进攻，三路会师宿县，打通津浦路徐蚌段。
黄维兵团约12万人，是蒋介石的嫡系部队，装备好，战斗力强，其中的第18军为国民党军“五大主力”之一，是蒋介石用来解徐州之围的生力军。11月23日，兵团司令官黄维不待徐州、蚌埠两路同时行动，就迫不及待地挥师向浍河南岸南坪集解放军阵地发起攻击，形成单独前进的孤立突出态势。
淮海前线总前委常委刘伯承、陈毅、邓小平认为歼击黄维兵团的时机很好，决心先打黄维兵团。毛泽东完全同意先打黄维，指示“情况紧急时机，一切由刘陈邓临机处置，不要请示。”
11月25日至12月15日，中原野战军全部和华东野战军一部，将黄维兵团包围歼灭以双堆集为中心的地区内，俘虏黄维。
当黄维兵团陷入重围，蒋介石精心策划的三路会师宿县计划破产后，11月30日蒋介石把徐州“剿匪”副总司令杜聿明召到南京，经过密商，决定放弃徐州，由杜聿明指挥邱清泉、李弥、孙元良三个兵团，绕经萧县、永城大路南下，接出双堆地区的黄维兵团，退守淮河以南。但是，杜聿明集团30万人一出徐州，就乱成一团，争相逃命。华东野战军立即展开围追堵截，12月4日将其合围于永城东北的陈官庄、青龙集、李石林地区。
12月6日，孙元良按照杜聿明制定的突围计划，在邱清泉、李弥临时变卦不突围的情况下，单独突围，结果被人民解放军歼灭，孙元良只身脱逃。杜聿明集团陷入内缺粮弹，外无援军的绝境。
这时，战略决战的第三个大战役——平津战役已经开始。为着不使蒋介石迅速决策海运平津地区国民党军南下，淮海前线人民解放军遵照毛泽东的指示，对杜聿明集团实行“困而不歼”。从12月16日起至1949年1月5日止，全军进行战场休整，同时对被围困之敌，展开猛烈的政治攻势。
1月6日16时，华东野战军集中10个纵队，编成东、北、南三个突击集团同时对敌发起总攻。至10日16时，全歼杜聿明集团，击毙兵团司令官邱清泉，俘虏杜聿明，李弥乘天黑化装潜逃。
历时66天的淮海战役胜利结束。这一战役共歼灭国民党军55.5万余人，蒋介石在华东、中原战场的精锐师团已丧失殆尽，长江中下游以北地区基本获得解放，使国民党统治的心脏地区京沪一带直接暴露在人民解放军的攻击之下，为解放军渡江作战创造了极为有利的条件。
平津凯旋
辽沈战役刚刚结束，淮海战役激战正酣之际，中共中央军委又组织了平津战役。这一战役，从1948年11月29日至1949年1月31日，由东北野战军约80万人、华北军区2个兵团13万人，连同东北、华北地方部队共约100万人协同进行。国民党华北“剿匪”总司令傅作义集团面临着华北、东北两大野战军的夹击之势。
在这种形势下，傅作义和蒋介石从各自的利害出发，对华北作战有不同打算。蒋介石早在东北作战接近失败时，认为东北不保，华北孤危，同时淮海大战亦有一触即发之势，曾考虑放弃北平（今北京）、天津等地，要傅作义率部南撤，以确保长江防线，或加强淮海战场；但又怕南撤后，产生不利的政治影响，故徘徊不定。傅作义是长期活动于绥远地区的地方实力派，深怕南撤后，其主力为蒋介石嫡系吞并，故不愿南撤；另一条路是西逃绥远，但又怕西逃后势孤力单难以生存，难下决心。11月初，蒋介石电召傅作义到南京商谈华北作战方针。经过磋商，认为人民解放军华北军区部队在兵力上不占优势，东北野战军需经3个月到半年的休整才能入关，因此“华北不致遭受威胁”，而控制平津，支撑华北，牵制人民解放军东北、华北两支部队，使其不能南下，对整个战局亦属有利。基于上述判断，蒋介石决定暂守北平、天津、张家口，并确保塘沽海口。
傅作义依据上述方针，于11月中下旬调整兵力部署，放弃承德、保定、山海关、秦皇岛等地，除归绥、大同两个孤立地区外，以4个兵团12个军共42个师（旅），连同非正规军共50余万人，部署于东起滦县、西至柴沟堡（今怀安）长达500公里的铁路沿线。其中，以蒋系的3个兵团8个军共25个师，防守北平及其以东廊坊、天津、塘沽、唐山一线；以傅系的1个兵团4个军共17个师（旅），防守北平及其以西怀来、宣化、张家口、柴沟堡、张北一线。这种部署，反映了蒋介石和傅作义虽然在方针上已统一于暂守平津，但仍各有打算，即战局不利时，蒋、傅两系部队分别向南和向西撤退。
中共中央军委提出抑留并歼灭傅作义集团于华北地区的方针，随着淮海战役的胜利发展，中共中央军委判断位于平津地区的蒋系部队向南撤退的可能性增大，一旦蒋系部队南撤，傅系部队亦必将西逃。如果蒋介石采取撤退方针，人民解放军虽可不战而得平、津等大城市，但国民党军加强了长江防线，对于尔后渡江作战不利。为此，准备提前调东北野战军主力入关，包围天津、唐山、塘沽，在包围态势下继续休整，以防止国民党军南撤。11月17日，中央军委明确提出抑留并歼灭傅作义集团于华北地区的作战方针。鉴于傅作义集团已成“惊弓之鸟”，随时有南撤或西逃的可能，18日命令东北野战军主力立即结束休整，迅速入关，在华北军区主力协同下提前发起平津战役。