正当辽沈战役方兴未艾之时，毛泽东抓住有利时机，又立即部署了中国人民解放战争中三个有决定意义的最大战役之一――淮海战役。
当时，由于我解放军的节节胜利，蒋介石反动集团不得不采取以退为守的战略，把部队龟缩成几团。在徐州方面，以刘峙为首，集结了邱清泉、李弥、黄伯韬、孙元良四个兵团以及刘汝明、李延年两个绥靖区的部队，沿陇海线布防于徐州两翼，并以第三绥靖区冯治安的五十九军、七十七军置于徐州东北地区，妄图守住中原，屏障南京。
毛泽东和中央军委要求中原、华东全体军民与敌人进行战略决战，分批歼灭徐州地区之敌，不让敌人主力退据江南，以影响今后我军横渡长江、解放全国的进程。10月11日，发出了《关于淮海战役的作战方针》的指示。
我华东野战军遵照毛泽东“本战役第一阶段的重心，是集中兵力歼灭黄伯韬兵团，完成中间突破”的指示，根据“攻济打援”原则，首先集中以七个纵队向新安镇、阿湖地区的黄伯韬兵团突击；以三个纵队南北对进向运河车站方向突击，割裂黄伯韬、李弥兵团的联系；以三个纵队攻占韩庄、台儿庄，促使冯冶安部起义，尔后直出陇海线，阻击可能由徐州东援的敌人；以两个纵队从两面侧击徐州。
与此同时，我中原野战军主力向徐州、蚌埠段津浦路突击，攻占宿县，切断徐州之敌向南的联系，孤立徐州，保障初战胜利。
徐州，南屏京（南京）、沪（上海），北通冀、鲁，为华北、华中的交通枢纽，历来是“兵家必争之地”。当蒋介石发现我华野、中野大军纵横驰骋津浦、陇海、平汉线之间时，便决定把所有可能集中的兵力蜷缩于徐州地区，准备全力与我决战，进行垂死挣扎。
由于战局迅速发展，敌军主力都向徐州集中，毛泽东曾指示：第一仗力争歼灭黄伯韬、李弥等二十一至二十二个师，如果能够完成这项任务，整个形势即将改变，华野、中野即有可能向徐蚌线迫近。如果敌人不将徐州及附近的兵力撤至蚌埠以南，我们就可以打第二仗歼灭黄维、邱清泉，使徐州的敌人完全孤立起来。根据情况变化，毛泽东又调整了部署，由陈毅、邓小平直接指挥中野四个纵队出宿县，截断宿蚌路；华野两个纵队于萧县地区从南面向黄口、徐州线攻击，以便与宿县中野部队联结，如果徐州敌人向南退却，就集中六个纵队将他们歼灭。华野以三个纵队由北向南，一个纵队由南向北，以全力向李弥兵团攻击，控制徐州运河车站问的铁路，运河以东的主力则歼灭黄伯韬兵团。这样就把蒋介石的兵力割裂开来，然后集中优势兵力，各个歼灭，并占领徐州。
华野与中野主力，根据毛泽东的意图，以迅雷不及掩耳的速度，从徐州东、南、西、北几个方向同时发起攻击。华野十三个纵队从山东境内齐头向南挺进，横扫陇海铁路北侧三百里宽广地区的敌军阵地，苏北兵团三个纵队则由徐州东南向西北攻击。几个晚上将敌人分割成为互不联系的好几块，东面的黄伯韬兵团被我包围。黄伯韬不敢应战，仓皇西逃，企图靠拢徐州。
我主要突击集团勇猛追击，逢山过山，遇水过水，不怕饥寒，不畏艰苦，人不歇脚，马不停蹄。
经过三天冲击，逃敌被我歼灭近两万人。黄伯韬部逃过运河西岸，准备继续西逃。殊不料往徐州的去路已被我山东兵团截断，而我追击部队迅速渡过运河。终于在11月11日这一天，将黄伯韬所率几万逃兵前堵后追，全部
包围在徐州以东的碾庄地区。
11月11日，碾庄攻坚战开始了！
我军根据毛泽东“必须力求调动敌人打运动战，但同时必须极大地注意学习阵地攻坚战术”的指示，采取了“先打弱敌，后打强敌，攻其首脑，乱其部署”的战法，发扬我军夜战的特点，利用夜间对壕作业，隐蔽接近敌人，插入各村之间，加强侦察，充分准备，集中兵力兵器，逐个夺取，逐个歼灭。
位于包围圈西部的敌一○○军和位于南部的敌四十四军，战斗力比较薄弱，经过四天的战斗，即被我全部歼灭。敌二十五军和六十四军也被我打得焦头烂额，伤亡过半。
19日傍晚，我对敌兵团司令部所在地碾庄圩发动总攻。经过一夜激烈战斗，20日凌晨5时，碾庄圩被我全部攻占，歼灭敌人的兵团部及二十五军军部，俘虏敌人一万多名。黄伯韬东逃至大院上，继续负隅顽抗，但终于没有逃脱败亡的下场。至22日黄昏，经过十七天运动战和阵地战，蒋介石嫡系的第七兵团黄伯韬部四个军及其指挥下的第九绥靖区一个军，共十个师，约近十万人，至此即宣告全军覆灭。
为保障碾庄地区全歼黄伯韬，按照毛泽东的指示，在徐州以东、以南，我强大的阻援与打援部队进行了英勇顽强的阵地防御。
为了挽救黄伯韬，蒋介石一而再、再而三地命令徐州“剿总”总司令刘峙、副总司令杜聿明全力驰援，兼程前进。于是，徐州“剿总”以其所谓主力军邱清泉兵团，加上李弥兵团，共五个军，在二十架飞机、百余辆坦克、百余门重炮的掩护配合下，沿陇海铁路两侧向东增援。同时，以孙元良兵团增防徐州，令平汉铁路上的黄维兵团迅速向徐州、宿县一线前进。
我徐州东侧阻援部队一面以三个纵队正面顽强阻击、一面以五个纵队侧击徐州，威胁敌人翼侧。到黄泊韬被我全部围歼时，邱、李兵团虽然付出了万余人、三十余辆坦克的重大代价，但仍被阻在距离碾庄地区五十余华里之外的大许家一线。蒋介石眼睁睁地看着黄伯韬兵团覆没，无可奈何。
在两大野战军的密切配合下，淮海战役第一阶段作战胜利了。
初战既败，徐州守敌恐慌万分，为预防重蹈黄伯韬的覆辙，迅速将邱清泉、李弥、孙元良三个兵团紧缩徐州，加强防御，不敢轻举妄动。南线李延年兵团遭到我严重打击后，唯恐被歼，迟迟不敢北进。而这时，黄维兵团已进入我中原野战军预设的“口袋”中了。
毛泽东根据战局发展的有利形势，决定乘胜扩大战果，采取南北堵中间围歼的方针，以中原野战军为主，华东野战军一部配合，围歼黄维兵团。毛泽东特别指出，在黄维兵团被围之后，徐州敌人可能倾巢南逃。他重申歼灭敌人主力于长江以北的决心，指示总前委和华野要对此作出妥善的部署，以便贯彻“分割敌人，各个歼灭敌人，坚决不让敌人跑掉”的既定方针。
11 月25 日，中原野战军在双堆集地区完成对黄维兵团的合围，华东野战军主力一部进逼任桥、固镇。蒋介石此时却错误地判断我军可能先聚歼李延年、刘汝明兵团，所以命令这两个乓团于26日星夜南撤蚌埠，据守淮河，阻止我军继续南下，并同时令黄维兵团向蚌埠靠拢，令徐州杜聿明放弃徐州倾巢南窜，策应其行动。他仍然在做“守江必固淮”的好梦。
在中原野战军的铜墙铁壁似的合围之下，黄维已碰得头破血流，到28日再也不敢想“突围”了。徐州之敌连续向南猛攻七天，仍被我军阻滞在四堡以北地区。我华野另一部追击南逃的李延年、刘汝明兵团，歼其一部。蒋介石这时急召杜聿明到南京密商，让其避开我津浦路防御正面，从徐州西南绕道南下。同时又令徐州“剿总”司令刘峙飞返蚌埠，另组指挥所，督李、刘兵团再次北犯。企图南北对进，攻击我中原野战军侧背，解黄维兵团之围，尔后合伙南逃，以保存力量。
12月1日夜晚，杜聿明派杂牌军孙元良、李弥两兵团打头阵，以王牌邱清泉兵团殿后，共率二十六万人马弃守徐州，向西南狼狈逃窜。
我华东野战军立即命令南线机动兵团进行追击。我强大解放军对溃窜的敌人实行平行追击，多层拦击，多处兜捕，经过三天猛烈追击，终于在12月4日拂晓，将杜聿明所率的邱清泉、李弥、孙元良三个兵团全部合围在徐州西南一百三十华里处的陈宫庄地区。孙元良兵团企图突围，被我军全歼，仅孙元良只身逃去。
我中原野战军和华东野战军各围住的一大堆敌人，都是建制较完整、兵力很大的精锐兵团。黄维兵团是蒋介石嫡系部队，辖四个军，其中有蒋介石五大主力之一的十八军。杜聿明更是蒋的亲信，两个兵团中也有蒋介石五大主力之一的第五军。蒋介石的所谓五大主力，其御林军七十四师已于山东战场被歼灭，新一军、新六军于东北战场被歼灭；现在就剩下这两个本钱了。蒋介石从空中每天大量接济这两大堆人，空军轮番地向我轰炸袭击，包围圈的敌人在空军的掩护下，以步兵坦克协同，不断向我实施反扑。
毛泽东精辟地分析了当时形势，为加速战役进程，决心采取“集中兵力歼灭黄维兵团，围住杜聿明，阻止李延年”的方针。
6 日晚至15 日，中原野战军以坚韧不拔、前仆后继、无比勇猛的精神，采取紧缩饿困，“攻占一村，巩固一村”的打法，经过反复争夺，连续对被围敌人实施攻击。虽然敌人猬集一团，以房屋为依托，地堡为骨干，作困兽之斗，并数度在空军掩护下企图向南突围，但已无力阻挡我军总攻的铁锤。经过二十余天的鏖战，在12月15日将黄维兵团全部消灭在宿县西南双堆集地区。敌兵团司令黄维、副司令吴绍周为我生俘。黄维兵团的被歼，是蒋介石在淮海战场上，继黄伯韬兵团被歼之后遭到的又一次致命打击。它不仅使蒋介石丧失了包括五大主力之一的十八军在内的十二万精锐之师，而且也最后地孤立了被围在徐州西南的杜聿明集团，造成了我迅速全歼杜集团的大好形势。
淮海战役第二阶段的胜利，又一次证明了毛泽东“集中优势兵力，各个歼灭敌人”方针的无比英明和正确。
在第二阶段之初，集结在徐、蚌地区的国民党军队，与我兵力对比大约是一比一。我军装备还处于劣势。因此，毛泽东指示，第二阶段仍应是集中优势兵力各个歼灭敌人的既走方针，对敌人三个集团应是各个歼灭。遵照这一指示和根据北有杜、邱、李，南有李、刘，中间有黄维，分三路向我军前进的情况，总前委选择了孤立的又是立足未稳、经过中野长期消耗的黄维兵团作为第二阶段作战目标，使用了约十个纵队，并以华野主力作围歼黄维的总预备队，在歼灭黄维的主要突击方向上集中了绝对优势的兵力。在保障集中绝对优势兵力歼灭黄维兵团的前提下，对辅助方向，令华野以保障主要方向作战和为下一步作战创造有利条件为原则，围困杜聿明集团，堵住李延年兵团，作为中野打黄维兵团的南北屏障。正是由于这种部署，使黄维陷入绝境，而杜聿明、李延年又不能相援，只好眼看着黄维兵团覆灭。
黄维兵团被歼灭后，人民解放军机动的兵力越来越多。蒋介石所下的杜幸明这一着棋，好象围棋一样已成为死子了。我们完全可以集中绝对优势兵力，一举将其歼灭。
但是，毛泽东于12月22日指示：只要杜部不大举突围，应休息到1月5 日左右开始攻击，较为适宜。毛泽东为什么指示围而不攻呢？原来这是毛泽东胸怀全局，从整个战略决战的高度考虑才作出的这一决定。
当时，蒋介石在中原战场上，继黄伯韬兵团覆灭之后，黄维兵团又遭全歼；在华北战场上，平津战役已开始，傅作义所指挥的六十多万国民党军队，为东北野战军解放全东北的胜利所震惊，加上大沽与天津之间交通已经全被截断，赶忙收缩兵力，企图海运南逃或西窜绥远。蒋介石在这种情况下，于12 月20 日要京沪杭警备总司令汤恩伯从速完成江防准备，又指示刘峙将总部不必要人员及笨重辎重适时南运，企图将主力转运到江南预定位置，守备江防。对华北方面的敌军，蒋介石打算“俾万不得已时撤回江南”，派船接运。在国民党部队将要南撤而未实行的时候，我淮海前线与华北战场部队采取“围而不攻”或“隔而不围”的办法，互为呼应，推迟攻击，“缓和”局势，就具有非常重大的战略意义。这样可以麻痹敌人，使蒋介石暂不海运平津地区之敌南下，促使他们下决心在江北“拼”下去。这样，我军就有充分的准备时间，以便淮海、平津两战役互相配合，达到大量歼灭敌人的目的。淮海前线暂留杜聿明余部，又好比是扔出一块“鱼饵”，在我们歼击杜聿明战况紧急之际，李延年兵团可能再次北上救援。届时担任南线防御的中野各部，便可诱敌深入，围歼其一部。加上正值严冬，加强对敌围困，可以利用天时进一步造成敌人的困难，我们则可以养精蓄锐，以逸诗劳。
杜聿明所率部队被我军围困期间，断草绝粮，饥寒交加，陷入了绝望的深渊。粮食吃完了，后来只好剥树皮、啃马骨头充饥，甚至出现了人吃人的状况。
正当包围圈内的敌军处于外无援兵、内无粮弹、日益走向死亡的时候，我解放区的广大人民，和以往支援任何战役一样，不辞一切劳苦，踊跃支援前线，保证我军在大风雪侵袭的严寒季节里，始终粮草充足，兵强马壮。从而也进一步证明了毛泽东说过的“人民战争是群众的战争，只有动员群众才能进行战争，只有依靠群众才能进行战争”的话的无比英明和正确。
我军在围困敌人期间，同时开展了群众性的火线劝降、瓦解敌军的强大的政治攻势。毛泽东亲自为中原、华东两人民解放军司令部写了《敦促杜聿明等投降书》的广播稿。从1948年12月16日到1949年1月5日的二十天时间内，敌军相继向我军投诚者就有一万四千多人，约等于敌军两个师的兵力。
1949年1月初，东北、华北两野战军分割包围傅作义部队不使蒋介石迅速决策海运平津之敌南下的任务已经完成，毛泽东立即命令淮海战场对敌人发起总攻。1月6日15时30分，我军开始了对杜聿明集团阵地的猛烈炮轰，顷刻之间，敌人的地面工事和制高点火力层均在隆隆的炮声中毁灭。
我早已摩拳擦掌的各主攻突击队的爆破手，纷纷跃出工事，在炮弹爆炸烟雾隐蔽下，机智熟练地朝着早已摸透了的爆破点冲去，迅速地将阻碍我步兵前进的大小碉堡一一炸毁。16时，指挥号发出总攻信号，突击部队象锋利的钢刀一样从各个不同的方向勇猛地插向敌人纵深。
激战到10日下午，我军摧毁了敌人最后的一个孤守点――刘集。这样，杜聿明的包括王牌新五军在内的“南下兵团”约二十万人全部覆没，杜聿明也被我军俘获，邱清泉被当场击毙，只有李弥只身化装逃跑了。
淮海战役从1948年11月6日开始，到1949年1月10日结束，历时六十五天。根据毛泽东的计划我中原、华东两野战军及地方部队共歼国民党精锐部队二十三个军五十六个师（内有四个半师起义）共五十五万五千人，并击退由南京方面来援的李延年、刘汝明两个兵团，彻底粉碎了敌人“力争华北，坚守中原，经营华南”的防御计划，至此我华东、中原和华北三个解放区连成一片。它的胜利连同辽沈、平津两大战役的胜利，从根本上动摇了蒋介石集团继续盘踞中国大陆的信心，为我军渡江南进，解放全中国奠定了胜利的基础。
在淮海战役的指挥中，毛泽东那高超的军事艺术得到了最充分的展示。为集中兵力歼灭黄伯韬兵团，完成中间突破，他根据华东战场敌军部署的特点，在兵力的使用上，采取了极为巧妙的部署，指示我军：“要用一半以上兵力，牵制、阻击和歼敌一部，以对付邱李两兵团，才能达到歼灭黄兵团三个师的目的。”从一般情况说来，主要兵力应集中使用攻歼的目标上，毛泽东却在我有足够兵力及敌军兵力集中的情况下，采取了相反的方法，创造性地处理了战役目的和手段既统一而又有区别的辩证关系，灵活地运用了集中兵力的原则，因而顺利地牵制、阻击了徐州敌军强大兵团的东援，取得了歼灭黄伯韬兵团的胜利，切断了敌人海上述路，为战役尔后的阶段，创造了极为有利的条件。同时，为隐蔽我军首先割歼黄伯韬兵团的意图，毛泽东要求我军从四面八方同时展开攻击，既“使各处之敌同时受攻，同时认为自己处于危险境地，互相不能照顾”，又使敌人不能“及时查明我主攻方向”。这样，就为我以后各个歼灭敌人创造了极为有利的条件。毛泽东亲自写的《敦促杜聿明等投降书》的广播稿，对于瓦解敌军起到了重要作用。
