11月17日17時，在上級統一指揮下，我9縱向敵發起總攻。我攻擊部隊連續突擊4次，均未奏效，部隊傷亡較大。友鄰8縱在圩東南方向突擊也未成功。經上級同意，停止攻擊，繼續作好準備。而4縱攻擊碾莊圩以北之大牙莊，6縱攻擊圩西的前後黃灘，均獲成功。
為了弄清楚9縱攻擊失利的原因，聶風智親自去25師找肖鏡海師長和部分團營幹部了解情況，主要教訓還是準備工作不夠周密。敵明暗火力點，特別是護圩水壕的情況沒有摸清楚，我軍前伸的交通壕距水壕還有百來米，突擊隊在敵火力下暴露時間長，造成傷亡大，火力與突擊脫節。
73團的同誌還介紹了一個情況：18日淩晨，有一個戰士叫李方欣，曾經淌水摸過了水壕，還從對岸抓了一把枯草回來，證明水壕可以徒涉。同去偵察的3人，2個犧牲，小李伏在水壕裏1個多小時，身子都凍麻木了，待敵人放鬆了警惕後才爬了回來，這一情況對定下決心提供了重要依據，也說明要弄清一個情況並不容易。開始詢問群眾，說是水有一人多深；又問俘虜，同樣說水深得很，根本過不去。其實他們都沒有下過水，並不了解真實情況。
情況弄清了，問題找準了，9縱對症下藥，采取了措施：一是繼續近迫作業，把交通壕延伸到敵圩外水壕的邊上去；二是通過外壕以徒涉為主，並準備浮橋、梯子，後續部隊可從橋上通過，但要等掃清障礙和暗堡火力點之後；三是搞好步炮協同，要求炮火切實壓製敵人，突擊分隊要在炮火延伸的同時，緊接著炮彈的硝煙，衝上圍子，扔手榴彈炸敵人，使敵人根本來不及還手。
一個白天過去了，又一個夜晚降臨了。在整個徐東阻擊戰中，在一些村落陣地內，我軍與敵人進行著反複的拉鋸戰。白天暫時放棄，夜晚又把敵人逐出。在夜裏，一會是炮聲、槍聲、喊殺聲，一會又陷入令人難耐的沉寂。
邱清泉見從正麵進攻不能奏效，就親自指揮主力第74軍向我土山鎮陣地進攻，在張樓、陳莊附近和北進的我華東野戰軍三個縱隊展開激戰，很快便陷入了重圍，邱清泉指揮第74軍拚死突圍，又把預備隊和坦克、大炮全都搬上去，才保住了第74軍沒被全殲。
黃百韜連電告急。杜聿明在南京統帥部的壓力下，不得不對邱清泉、李彌兵團下了死命令，兩天之內務必與黃百韜兵團會師。
東援之軍在進占我軍警戒線陣地後，在強大炮火、飛機、坦克支援下，全線展開進攻。晚上，國民黨軍統計了一下當天的進度，發現蔣軍務部隊進展少的3、4公裏，多的6、7公裏，按這個進度計算，估計一周內可能打到碾莊圩附近，就有希望解救出黃百韜兵團。杜聿明感到十分樂觀，向劉峙報告後，劉峙聽了也很高興。
為了鼓舞士氣，劉峙又親自到苑山指揮視察。15日夜，國民黨國防部根據空軍偵察的情況，發現解放軍大部輜重向北行動，由此判斷出解放軍有撤退的征候，一再催令“剿總”下達追擊命令，但劉峙認為解放軍圍攻黃百韜兵團誌在必得，沒有把吃到嘴裏的肥肉再吐出來的道理。他一麵請求空軍增援碾莊圩，一麵仍是督促邱清泉、李彌兵團猛攻，采取“火球戰術”攻擊，再次親臨前線。
華東野戰軍首長為誘敵東進，以便側擊兵團向北斷敵後路，決定以10縱、7縱、11縱稍向東撤，側擊兵團也稍向後縮。
17日在徐東一線阻擊敵人的華東野戰軍各部，在基本完成阻擊邱、李兵團東援，保證我包圍碾莊圩部隊有充足時間消滅黃百韜兵團的前提下，主動撤到大許家一線，以便於各部穿插、分割，形成新的包圍。在10縱撤出原來的阻擊戰地後，邱清泉兵團和李彌兵團立即向東推進。18日，國民黨空軍偵察到解放軍已分路撤退。這時，邱、李兵團離碾莊圩隻有10多公裏了，他們立即向徐州“剿總”告捷，劉峙接到消息，誤以為我軍有計劃的後縮為“總退卻”，下令邱、李兵團向前追擊，他一方麵向南京告捷，一方麵要政工處通知全市燃放鞭炮慶祝，張貼“徐州大捷”、“慶祝徐州保衛戰勝利”之類的標語，對“徐州大捷”開始了大肆宣傳。劉峙為了宣傳他的“戰果”，還通電各省告捷，並召開新聞發布會。一時間標語張貼得滿街都是，徐州城內到處是慶祝“大捷”和“勝利”喧囂聲。他還洋洋得意地到處講，這回可對得起“國人”了。