1947年6月初，我東北民主聯軍開始了向四平的圍攻。林彪一共投入了7個師的兵力用於攻堅，17個師的兵力用於打援。攻城的前線指揮員是一縱司令員李天佑。
李天佑不久前剛被調到一縱任司令員，原一縱司令員萬毅則改任政委。6月11日，我軍的進攻打響。在逐步掃清外圍之後，14日夜裏發起總攻。用陳明仁自己的話說是“打了二十多年的仗，還是第一次見到如此猛烈的炮火”。一縱和西滿的三個獨立師先後從西南、西北兩個方向突入市區，與敵人進行巷戰，反複爭奪，打得相當激烈。17日，我六縱也投入戰鬥，攻入了市區的中心守備地帶。可是，由於陳明仁下令部下各自死守，宣布了“臨陣退縮者殺”“放棄陣地者殺”
等“十殺令”，任何後退者即由第二線軍隊立即槍殺，所以敵七十一的守衛十分頑強，加上天上有國民黨空軍來助戰和空投彈藥，所以比我軍原來估計的要難打得多。經過19個晝夜的血戰，我軍攻占了四平城的四分之三，但七十一軍仍在拚命防守。陳明仁把城中的所有公務人員組織起來分配到各個陣地參加防守，連倉庫中的糧食包都用來修築工事，搞“焦土作戰”。陳明仁還下令用了我們後來在電影中見過的“撒豆”戰術，就是將用來修工事的袋裝大豆遍撒在街道上（這一招，最早是“一·二八”淞滬抗戰時十九路軍用來對付日軍的），我軍在進攻中一踩上滾珠般的大豆，就因站立不穩而倒地。
總之，陳明仁用盡了一切辦法拚死防守。這樣，我軍短時間內很難全部拿下四平。
南京的蔣介石見到陳明仁在四平能堅持防守，遂命令杜聿明必須解救四平之圍，還派蔣經國攜他的親筆信到沈陽、到新六軍軍中去宣揚他的說教：“四平的得失關係著整個東北局勢的發展，要抱不成功必成仁的決心，在四平街地區與共軍大決戰。”杜聿明此時還在醫院中，隻得讓鄭洞國率領新六軍、五十二軍、九十三軍和新近從關內調到東北的五十三軍共10個師的兵力，在空軍的支援下星夜北上，又調長春的新一軍南下，從兩麵馳援四平。從6月23日開始，我軍打援部隊三縱、四縱與二縱和敵人在四平以南就開始了不比攻城規模小的阻擊戰，而且全是陣地戰，整整打了一周。
林彪考慮到四平之戰已經打了20天，部隊消耗與傷亡很大，敵人的援軍不斷向四平集結，空軍支援的力度很大，敵九十三軍已經突破我軍的阻擊攻抵四平近郊，敵新六軍則已開始向我攻城部隊迂回實行反包圍。再打下去已無多大意義，還有被敵人“一層包一層”的可能。7月1日，林彪下令撤出戰鬥。
這一次四平攻堅戰是解放戰爭中的二戰四平，也是我軍在東北戰場上開展的夏季攻勢的核心。這次夏季攻勢曆時50天，我軍在攻城與打援中總計消滅敵人8.2萬人，攻克城鎮42座。二戰四平之後，東北的國民黨軍隊隻能困守在9個大中城市中，整個東北和冀熱遼地區的中小城鎮和農村基本上都被我控製。所以說，二戰四平的戰果是不小的。但是，戰役的預定目標，即攻克四平的任務未能完成。為此，戰後對二戰四平的總結就十分重要。7月1日撤出戰鬥，7月2日，林彪、羅榮桓、劉亞樓就聯名下達了進行認真總結的指示；7月13日，林彪又特地寫信給李天佑，要求部隊討論總結經驗教訓問題，並在信中有所自責。在一次會議上，林彪曾經明確表示：“四平沒有打下來主要是我的責任。”
打不下四平，說明我軍攻堅的能力還不行，在強大的防禦體係麵前辦法還不多。所以對如何攻堅的總結對於今後的作戰很有意義，著名的“四組一隊”戰術（即在攻堅作戰時組成火力、突擊、爆破、支援四個組，形成分工合作的突擊隊），就是林彪根據六縱十七師師長龍書金的發言總結出來的。作為前線指揮員，李天佑自己在總結中則清醒地認識到，自己犯了輕敵和急躁的毛病，他認為，“從根本問題上看，四平是不應該打的”，而且“今後在東北作戰中，凡是帶有戰略性價值比較大而工事又較堅固的城市，如長春、吉林、沈陽、錦州、四平等城，不僅東北，隻要關內還有一點增援的可能力量時，都必須暫時避免打這樣的城”。持李天佑這種看法的人，可能在當時比較多。40年之後，韓先楚上將在對東北戰局進行回顧與反思時，他認為，“四平攻堅戰是個不成功的戰例”，其主要教訓是：輕敵，平推，未集中兵力，突破口未選好。特別重要的是，“以後很長時間，甚至到了遼沈戰役前夕，在林彪頭腦中，以及在部分指揮員心理上，就產生了對大城市攻堅仍有顧慮的想法”。這一點，在以後的戰事中就可以見到。