在我華野各縱隊窮追猛打之下，黃百韜兵團損失慘重。其63軍還未過運河就在窯灣和堰頭鎮被殲。100軍在向西突圍中，其44師已經被殲，隻剩下軍部和63師了。敵轉入防禦後的部署是：兵團部在碾莊圩，以東為64軍，碾莊圩及其以北為25軍，其西麵為100軍。南麵與我9縱接觸的為敵44軍，下轄2個師，碾莊火車站以東為162師，以西為150師；敵人利用原李彌部在該地區的既設陣地，主要依托村落、溝渠和鐵路組織防禦，前沿在古運河北岸東西一線；其主要防禦點在徐井涯、新莊，前、後板橋附近地域；軍指揮所在碾莊車站。該敵原係地方部隊，撤離海州向西逃跑途中奉命歸黃百韜指揮，與25軍、64軍相比，戰鬥力要弱一些。
華野直接參加圍攻黃兵團的有5個縱隊。9縱右鄰是8縱，負責由東向西攻擊；左鄰是6縱，其以北是13縱，負責由西向東攻擊；北麵是4縱，由北向南攻擊。
9縱擔任由南麵沿趙墩、火車站、碾莊圩方向實施主要突擊。縱隊決心：以25師在左、26師在右並肩攻擊。首先以迅速勇猛的動作，一舉突破敵防禦，攻占徐井涯，新莊，前、後板橋諸要點，控製鐵路路基，第二步繼續掃清曹莊、李莊等碾莊圩南側要點。爾後調整部署，向碾莊圩敵兵團部突擊，要求各部隊於12日18時前完成準備。為了爭取時間，打敵於立足未穩，戰鬥準備相當倉促。特別是26師展開後，幹部還來不及看地形，部隊體力還未恢複就投入了戰鬥。
11月12日20時30分，在華野統一指揮下，我9縱協同4、6、8、13縱，展開對黃兵團攻擊。我9縱幹部戰士發揚猛打猛衝的戰鬥作風，迅速突破敵44軍防禦。26師包圍攻擊徐井涯，殲敵162師454團大部，繼於13日拂曉前攻占碾莊車站東側之新莊，殲敵一部，控製了一段鐵路基。我25師突破敵150師防禦後，繼續向前、後板橋攻擊，恰遇敵換班不久，我軍乘機將敵打亂，殲敵一部，攻占前、後板橋。敵人在猛烈炮火支援下，依托鐵路路基和車站月台陣地頑強抵抗，戰至13日10時，我25師攻占車站，全部控製了鐵路路基。為了直接觀察戰場情況和利於指揮下一步作戰，聶風智率縱隊前進指揮所轉移至火車站東側。
14日，聶風智去野司參加作戰會議。粟裕代司令員介紹了近日戰況，分析敵情的可能變化，指出能不能全殲黃兵團，關鍵在於能不能阻擋住邱清泉、李彌2個兵團的東援。會上宣布圍殲黃兵團作戰由譚震林、王建安統一指揮。決定采取先打弱敵，後打強敵，攻其首腦，亂其部署的戰法，先殲滅44軍和100軍。華野主力負責阻截牽製敵邱、李兵團，我9縱改隸山東兵團建製。
14日夜，當聶風智返回指揮所的時候，我25師已攻占圩子西南側的李莊，殲敵25軍40師1個加強營。然而，我26師攻擊曹莊卻碰到了釘子。曹莊靠近碾莊圩南門，我軍打曹莊，就像虎口拔牙。敵集中火力封鎖我軍接近路線，依托房角、暗堡作拚死抵抗，並可得到圩子內敵兵力、火力的直接支援。我軍攻擊一再受挫，傷亡很大，打得相當艱苦。戰至15日淩晨1時30分，終於打掉了敵人這顆“門牙”。至此，碾莊圩以南外圍的全部據點，均被我軍掃清。
為了準備對碾莊的攻擊，第9縱隊調整了攻擊部署。因攻擊正麵縮小，縱隊改為三個梯隊配置。攻擊碾莊圩的任務由25師負責，由該師73團接替曹莊防務，準備擔任主攻。74團仍在李莊及其以東占領攻擊出發陣地，擔任助攻，75團為師預備隊。
碾莊圩，是一個麵積不到1平方公裏的平原大村寨。圩子四麵環水作為外壕，內築有兩道土圍子，原敵李彌部第9軍已構築了不少工事。黃百韜決心死守待援後，又加強了工事，樹木基本砍光，房子大部拆掉修了工事，連美國人給的載重運輸汽車，也成了修工事的特殊材料，人員基本上已轉入地下。我軍要拿下這樣的堡壘，沒有相當充分的準備是不行的。為了減少接敵運動中的傷亡，部隊加緊向敵方實施迫近挖壕作業，要求將交通壕挖到敵外壕邊上。