10月24日，負責攻擊金門的二十八軍進行了多方麵的渡海準備工作後，在二十九軍主力師的協同作戰下，發起了對金門的進攻。當晚19時，第一梯隊3個團開始登船啟航，翌日淩晨登陸成：叻。登島部隊因缺乏師級指揮員統一指揮，沒有組織船隻返航接運第二梯隊，也沒有鞏固灘頭陣地。據十兵團司令葉飛後來回憶說：“登陸部隊也沒有按照我事先交待的行動，沒有先鞏固灘頭陣地，隻留一個營兵力控製古寧頭灘頭陣地，就分兩路向敵縱深猛插，把縱深敵人李良榮兵團擊潰，一直向料羅灣方向追擊。”胡璉十二兵團主力在料羅灣登陸後對人民解放軍登陸部隊反包圍，後撤國民黨軍發起反撲，在海陸空的立體進攻下，因潮水退落而在古寧頭海灘擱淺的船隻全被國民黨軍炮火擊毀，國民黨軍攻占了古寧頭灘頭陣地，切斷了解放軍登陸部隊的後路。由於船被炸毀，原定船隻返回運送第二梯隊的計劃成為泡影。想到了缺船，想到了國民黨軍增兵，但沒想到退潮時船會擱淺，又被炸毀。這一信息令金門戰役總指揮、二十八軍副軍長肖鋒懊悔不已，他後來回憶說：“第二梯隊各單位，因無船可渡，隻能隔岸觀火，急得跺腳流淚，我內心更是如同火焚。”
25日夜，肖鋒派出第二梯隊，因船隻有限，僅有4個連，增援順利登島，與堅守古寧頭部隊會合。26日拂曉，國民黨軍對古寧頭解放軍登島部隊發起猛攻，激戰終日後，解放軍登島部隊於夜間突圍，同國民黨軍周旋。當天下午3時左右，登島部隊向指揮部發出最後一次報告：“敵三麵進攻，情況嚴重!情況嚴重。”從此，金門戰役指揮部與金門登島部隊聯絡全部中斷。
為全殲登島人民解放軍，蔣介石特派蔣經國於10月26日赴金門督戰。據蔣經國日記稱：
“1l時半到達金門上空，俯瞰全島，觸目淒涼。降落後，乘吉普車逕赴湯恩伯總司令部，沿途都是傷兵、俘虜和搬運東西的士兵。複至最前線，在炮火中慰問官兵，遍地屍體，血肉模糊。”⑧
至28日，解放軍登島部隊苦戰了3晝夜，傷亡殆盡，無1人投降。慘烈的金門之戰，使解放軍兩批登島部隊9086人(內有船夫、民夫等350人)大部壯烈犧牲，一部被俘。此役也使國民黨軍傷亡9000餘人。
金門之戰是人民解放軍戰史上的一次嚴重失利，一次戰役導致全軍覆沒，這是人民解放軍戰史上僅有的一例。金門之戰之所以失利，有著多方麵的原因：
第一，金門失利的最主要原因“為輕敵與急躁所致”。金門之戰失利震動了全軍，在總結教訓時，葉飛承認，當時將主要精力用於接管廈門工作，“而把解放金門的任務交給二十八軍執行”。同時“輕視了金門，認為金門沒有什麼工事，金門守敵名義上是一個兵團，即李良榮兵團，實際隻有2萬多人，而且都是殘兵敗將……認為攻取金門問題不大”。作為攻打金門的二十八軍，上上下下均不同程度地存有輕敵思想，特別是攻克廈門後，遲遲不打金門，肖鋒怕說不過去，故在敵情不明與船隻缺乏的情況下，仍按原計劃攻打金門，以致釀成金門戰役失利。葉飛也承認：“指揮員尤其是我的輕敵，是金門失利的最根本原因。”毛澤東在得知金門失利的信息後，以中央軍委名義向各部隊發出了《關於攻擊金門島失利的教訓的通報》，認為輕敵與急躁是金門之戰失利的主要原因。
第二，缺乏渡海登陸作戰經驗，缺乏周密部署。葉飛後來沉痛地回憶道：二十八軍是山東部隊，“沒有海島登陸作戰經驗”。葉飛承認：“渡海作戰和渡江作戰畢竟不同，例如台風和潮汐的問題，我們當時沒有這個經驗，後來吃了大虧。”
葉飛也承認，在戰鬥指揮上缺乏周密部署。按常規，渡海登陸作戰，無論你兵力多大，首先要奪取和鞏固登陸灘頭陣地，然後才可以向縱深發展。這是渡海登陸作戰的規律。“金門失利恰恰是違背了這個規律。”“二十八軍登陸，首先奪取了金門古寧頭灘頭陣地，這是對的；但是，第一梯隊登陸部隊沒有立即構築工事，鞏固灘頭陣地，後續第二梯隊尚未到達，隻以一個營兵力控製古寧頭，就向縱深發展，又犯了違背渡海登陸作戰的規律，犯了兵家之大忌。”葉飛還說：“第一梯隊3個團的兵力登陸，竟然沒有一名師指揮員隨同登陸統一指揮，這也是我完全沒有預料到的。”⑧這是一個深刻的教訓。
第三，缺乏船隻，沒有海空軍支援。第一次準備攻打金門時因船隻不夠而推遲。正式攻打金門時船隻也不夠，一次隻能運載3個團，由於第一梯隊登陸後船隻未能及時返回被擱淺，後又被炸毀，致使第二梯隊無法增援。渡海登陸作戰沒有船隻，就意味著喪失戰鬥力。葉飛認為：攻打金門時沒有海軍空軍的支援，渡海登陸作戰僅僅使用木帆船，遭到海空攔截，造成重大損失。特別是國民黨空軍轟炸擱淺船隻時，肖鋒在望遠鏡中看到這悲壯的一幕時痛苦萬分。