東北尚在酣戰之際，毛澤東已在部署另一場大會戰。這一會戰，毛澤東稱之為「淮海戰役」。蔣介石稱之為「徐淮會戰」，又稱「徐蚌會戰」。
1948年10月11日，毛澤東在西柏坡給華東野戰軍、中原野戰軍發出了一份重要電報，即《關於淮海戰役的作戰方針》。詩人氣質的毛澤東，在制訂作戰計劃時，卻是那麼的嚴謹。後來的事實表明，戰爭幾乎完全按照毛澤東的這一電報所設計的「藍圖」進行。
毛澤東要求，「你們以11、12兩月完成淮海戰役」。
這一回，他採取與遼沈戰役不同的戰略：遼沈戰役時，毛澤東集中全力先攻其尾，即長春一瀋陽一錦州這一長鏈之尾；如今，他卻改用中心開花。
毛澤東在電報中指出：「本戰役第一階段的重心，是集中兵力殲滅黃伯韜兵團，完成中間突破。」
於是，黃伯韜兵團成了「錦州第二」——國共爭鬥的新焦點。
為了打好淮海戰役，毛澤東決定成立淮海戰役總前委，由鄧小平、劉伯承、陳毅、譚震林、粟裕五人組成，鄧小平任總前委書記。
蔣介石對徐淮會戰，也極為關注。蔣介石聲言；「徐淮會戰實為我革命成敗，國家存亡之最大關鍵。務必團結苦鬥，期在必勝。」
蔣介石要國防部擬訂了《徐蚌會戰計劃》。然而，毛澤東處於攻勢，蔣介石處於守勢，戰爭主動權全都掌握在毛澤東手中。
按照毛澤東的計劃，第一個挨打的是黃伯韜兵團。自11月6日起，黃伯韜兵團被圍於徐州以東的新安鎮碾莊地區。黃伯韜雖非蔣介石嫡系，但實力頗強，乃蔣介石在華東的主力。
就在6日那天遭到猛攻時，黃伯韜對蔣介石派來的戰場巡視官說道：「共軍先打我這個兵團是肯定的，而且陳毅的主力達四十萬，集中來打我這個十五萬人的兵團，本兵團是必敗的；這次是主力決戰，關係存亡，誰也走不了；我受總統知遇之隆，生死早置之度外，絕不辜負總統期望。」
黃伯韜還頗為感慨地說：「國民黨是鬥不過共產黨的，人家對上級指示奉行到底，我們則陽奉陰違。」
果真，黃伯韜鬥不過陳毅。雖說蔣介石三次派飛機空投親筆信，勉勵黃伯韜殊死奮戰，畢竟無濟於事。打了半個月，黃伯韜兵團覆沒。
黃伯韜帶著一批親信，在小黃莊東北的一個小院，作最後的抵抗。黃伯韜在受傷後自殺身亡，搜身時發現他的衣袋裡還放著蔣介石空投給他的親筆信，寫著「固守待援」……
黃伯韜的第七兵團十七萬八千多人被殲。
「捷報！捷報！殲滅了黃伯韜。這一仗，打得實在好，實在好。同志們的功勞，真不小，真不小……」歌聲在戰場飛揚，中國人民解放軍士氣大振。
在黃伯韜受困之際，蔣介石派第十二兵團前去救援，又在宿縣西南雙堆集地區陷入重圍。毛澤東開始了第二階段戰役。到12月15日，這一兵團十二萬人覆滅，司令黃維被俘。
黃伯韜、黃維這「二黃」被殲，徐淮一帶只剩下杜聿明手下的三個兵團，共三十萬人，即邱清泉兵團、李彌兵團、孫元良兵團。
本來，奉蔣介石之命，杜聿明增援黃維。黃維遭殲，蔣介石知大事不妙，急令杜聿明率部放棄徐州，繞道永城南下。
毛澤東豈肯放過杜聿明！他馬上調兵遣將，把杜聿明集團包圍於陳官莊、青龍集地區，開始第三階段戰役。
其中，孫元良兵團企圖突圍，先被殲滅，唯孫元良隻身潛逃。
杜聿明陷入鐵圍之中。毛澤東雖然在西柏坡，卻以「中原人民解放軍司令部、華東人民解放軍司令部」的名義，寫了一份廣播稿。這篇廣播稿，後來收入《毛澤東選集》第4卷，題為《敦促杜聿明等投降書》。
《敦促杜聿明等投降書》頗有「現場感」，這麼寫道：
杜聿明將軍、邱清泉將軍和邱李兩兵團諸位軍長師長團長：
你們現在已經到了山窮水盡的地步。黃維兵團已在15日晚全軍覆沒，李延年兵團已掉頭南逃，你們想和他們靠攏是沒有希望了。你們想突圍嗎？四面八方都是解放軍，怎麼突得出去呢？你們的飛機坦克也沒有用。我們的飛機坦克比你們多，這就是大炮和炸藥，人們叫這些做土飛機、土坦克，難道不是比較你們的洋飛機、洋坦克要厲害十倍嗎？你們的孫元良兵團已經完了，剩下你們兩個兵團，也已傷俘過半。你們雖然把徐州帶來的許多機關閒雜人員和青年學生，強迫編入部隊，這些人怎麼能打仗呢？十幾天來，在我們的層層包圍和重重打擊之下，你們的陣地大大地縮小了。你們只有那麼一點地方，橫直不過十幾華里，這樣多人擠在一起，我們一顆炮彈，就能打死你們一堆人。
……放下武器，停止抵抗，本軍可以保證你們高級將領和全體官兵的生命安全。只有這樣，才是你們的唯一生路。你們想一想吧！如果你們覺得這樣好，就這樣辦。如你們還想打一下，那就再打一下，總歸你們是要被解決的。
杜聿明被圍，蔣介石如坐針氈。蔣介石不斷給杜聿明發電報，空投親筆信。
杜聿明表示忠誠於蔣介石，不願向毛澤東投降。陳毅托一個被俘的第十三兵團軍官，給杜聿明送去毛澤東的《敦促杜聿明等投降書》，李彌先看，不表態，交給杜聿明。杜聿明看罷，交給邱清泉。雖然邱清泉之弟邱清華乃中共將領，但兄弟倆人各有志。邱清泉把信扔進了炭火盆……
由於杜聿明等拒降，於是，毛澤東在1949年1月6日下令總攻。到1月10日，杜聿明部隊全部被殲。邱清泉戰死，李彌逃脫，杜聿明被俘。
杜聿明在被俘時，如廁解手，乘人不備，以一巨石猛擊頭顱，欲自盡。血流滿面的他，被送往醫院搶救……
至此，淮海戰役降下帷幕。蔣介石在華東的劉峙集團，總共五十五萬人被殲。