國共主力的大決戰開始了。
第一個震驚全國的消息，在9月24日傳出：中國人民解放軍華東野戰軍及山東軍區部隊，在這天一舉攻下了山東省會濟南，殲滅國民黨部隊十一萬餘人，活捉國民黨第二綏靖區中將司令官兼山東保安司令王耀武。
這是中國人民解放軍第一次佔領省會，第一次佔領濟南這樣的大城市，顯示了強大的攻堅實力。
這表明，毛澤東在向蔣介石發起大規模的進攻。
蔣介石慌了手腳。所幸他有專機，載著他到處飛。哪裡吃緊，他就往哪裡飛。在大決戰的那些日子裡，蔣介石時而在北平訓話，時而在瀋陽指揮，時而在天津督戰，時而在錦州灣葫蘆島視察……
毛澤東呢？他穩坐在那長滿古柏的小村莊。他晝夜不停地工作著。他給各野戰軍發出電報，指揮作戰。有時，土屋裡夜間太悶熱，他端著煤油燈，來到院子，乾脆把石磨當成辦公桌，起草著電報……
激烈的戰鬥在東北打響。
10月10日，毛澤東給林彪發去電報：「你們的中心注意力必須放在錦州作戰方面，求得盡可能迅速地攻克該城。即使一切其他目的都未達到，只要攻克了錦州，你們就有了主動權，就是一個偉大的勝利。」
在林彪的指揮下，東北人民解放軍遵照毛澤東的部署，於10月14日對錦州發起猛攻。
翌日，蔣介石偕宋美齡急急從南京飛往瀋陽，坐鎮督戰。錦州已處於鐵圍之中，蔣介石派出飛機，在錦州上空，給駐守那裡的東北「剿總」副總司令范漢傑空投手諭：「能守則守，不能守則退出錦西。」
然而，范漢傑已經是既不能守，也不能退了！東北野戰軍激戰三十一個小時，一舉攻克了錦州，活捉范漢傑，殲滅國民黨部隊十萬餘人。
毛澤東令林彪全力攻克錦州，確實是一步妙棋。錦州，乃東北之咽喉。錦州一失，切斷了關內關外的聯繫，切斷了東北國民黨部隊的退路，使駐守長春、瀋陽的國民黨部隊陷入一片驚慌之中。
蔣介石以為毛澤東馬上要回師攻瀋陽，急匆匆和宋美齡於16日飛離瀋陽，前往北平。
毛澤東卻沒有馬上打瀋陽，而是攻長春。
毛澤東的電報，發往長春城東南四五十里的李家屯。那裡是中共第一線圍城指揮所的所在地。「二蕭」正在那裡忙碌，即司令員蕭勁光、政委蕭華。
最初，「二蕭」得到的命令是「久困長圍」，所以十萬大軍自6月22日起，便把長春圍了個水洩不通。毛澤東因為要先取錦州，所以對長春採取「久困長圍」的方針。眼下錦州得手，毛澤東便要攻長春了。
駐守長春的國民黨六十軍軍長曾澤生曾如此回憶當時兵臨城下的長春的情景：
長春城內是一片混亂。軍隊賴著微少的空投活命，士兵飢寒交迫，士氣低落；老百姓連草根樹皮都吃光了，老人餓死在道旁……長春變成了一座人間地獄。
當時，擺在六十軍面前有三條路：一是死守長春，其結果是城破軍亡；二是向瀋陽突圍，其結果是被解放軍殲滅在長春到瀋陽的路上；三是反蔣起義，參加革命，向人民贖罪，這是條活路。
10月19日，曾澤生率所部二萬六千餘人起義。
曾澤生後來回憶，他身邊有許多中共地下黨員，給了他很多影響。事後他才知道，他的副官長兼特務營營長楊濱是中共地下黨員；他的指揮所所在的那個團的副團長趙國璋，也是中共地下黨員；從1938年起，中共在六十軍內，建立了地下組織……
蔣介石在北平聞訊，氣得吐血，於18日再飛瀋陽。蔣介石下令：「集中部隊，一舉收復錦州。」
無奈，他的部下已人心惶惶，不願出戰。
翌日，從長春傳來令蔣介石沮喪的消息：駐守長春的東北「剿總」副總司令兼第一兵團司令鄭洞國將軍率所部四萬七千餘人，投誠中共。於是，長春解放。
鄭洞國將軍是這樣回憶他的投降經過的：
到了此時，我已感到山窮水盡。正在焦急中，接到杜聿明的電報，他擬請蔣介石派直升飛機來接我出去，問我有無降落地點。我答覆他：「現在已來不及了。」但是我還不肯改變「寧可戰死，不願投降」的頑固態度。我把這個時候的情況報告蔣介石，並對他表示「來生再見」。當天夜裡，我的司令部附近，仍和過去兩天一樣，響著劇烈的槍聲。後來我才知道，這是楊友梅和司令部的幕僚們想出來的辦法：要直屬部隊向天放槍，表示假抵抗後再放下武器，造成事實，使我跟著他們走。第二天一早，我的司令部也就放下武器。他們為了把我從死亡的道路中挽救出來，真是煞費苦心。
錦州、長春一解放，瀋陽就成了一座孤城。
毛澤東把目光移向瀋陽。往常，他在起床之後，總要沿著西柏坡葦塘邊散步。在那些日子裡，葦塘邊再也見不到毛澤東的身影。他每天只能睡三四個小時，已經沒有散步的時間。
蔣介石從孤城瀋陽飛往北平。雖然他明知瀋陽已危在旦夕，但仍要作最後的掙扎。蔣介石把杜聿明召至北平，任命他為東北「剿總」副總司令，要他無論如何奪回錦州。
然而，東北的敗局已經無可挽回。11月2日，瀋陽、營口兩城均被東北人民解放軍攻下。國民黨部隊十四萬九千餘人被殲。
至此，東北全部解放，遼沈戰役宣告結束，全殲國民黨部隊四十七萬人。
蔣介石不得不垂頭喪氣地由北平飛回南京。
蔣介石竟是那麼不經打，這出乎毛澤東的意料。這樣，毛澤東在1948年11月14日為新華社寫了題為《中國軍事形勢的重大變化》，對他自己兩個月前所作的五年打倒蔣介石的估計，作了鄭重更正。毛澤東寫道：「原來預計，從1946年7月起，大約需要五年左右時間，便可能從根本上打倒國民黨反動政府。現在看來，只需從現時起，再有一年左右的時間，就可能將國民黨反動政府從根本上打倒了。」