然而，天津這個武裝到牙齒的堡壘，在解放軍的強大攻勢下，僅29個小時就土崩瓦解了。東北野戰軍主力全部入關後，中央軍委部署，以4個縱隊於北平、通縣東南，切斷平津、通津聯係；以3個縱隊包圍塘沽，隔斷天津、塘沽間及蘆台、塘沽間聯係，並時刻準備接管平津。
12月13日，中央軍委任命接管平津兩市的領導人員：“聶榮臻為平津區衛戍司令，薄一波為政委，彭真為北平市委書記，葉劍英為市委副書記、北平軍管會主任兼市長，黃克誠為天津市委書記兼軍管會主任，黃敬為天津市長。”此時，東北野戰軍和華北野戰軍協同作戰，攻下北平、天津，全殲守敵，是有絕對把握的，但解放軍仍希望通過談判，以爭取敵人放下武器，更為有利。因此，我方派出代表與傅作義方麵進行談判。遵照中央軍委的指示，東北野戰軍主力入關後第一步原擬攻殲塘沽之敵。12月18日上午6時許，毛澤東電告林彪，指出敵恐天津被圍，似正準備將津、塘敵十二師集中新河一帶控製海口，“如果你們數日內能集中兩個至三個縱隊，則可從速集中兵力向天津、軍糧城之間舉行攻擊，控製該線，並占領軍糧城，迅速切斷天津與新河、塘沽等處之聯係，使天津之敵（五個師）不能向東集中。”20日，毛澤東、中央軍委進一步提出攻擊塘沽的計劃。至21日，解放軍先後攻克軍糧城、鹹水沽、新河、唐官屯、北塘，以及楊村、楊柳青、靜海、寶坻、北倉、宜興埠等天津外圍據點，切斷天津國民黨軍南、北、西退路，切斷天津與塘沽間的聯係。天津及塘沽完全陷於孤立。
塘沽東臨渤海，南為海河，是天津之敵唯一的退路。但解放軍對塘沽守軍和地形的偵察發現，塘沽河溝交錯，池沼甚多，解放軍不便構築工事，炮火亦難封鎖海口，無法截斷其海上退路；加上新保安、張家口敵被殲滅後，傅部可能企圖利用解放軍攻塘沽、大沽時突圍。因此，中央軍委一麵調華北第二、第三兵團主力在新保安、張家口兩戰役結束後參加平津會戰；一麵決定推遲攻擊塘沽、大沽，嚴防平津塘之敵突圍逃跑。12月29日，中央軍委接受林彪等人意見，正式決定“放棄攻擊兩沽計劃，集中5個縱隊準備奪取天津”。
1949年1月2日，東北野戰軍完成對天津守敵的包圍。自4日起，解放軍向天津外圍據點發起攻擊，炮火猛烈，截至9日止，先後攻占萬新莊、灰堆、東局子、王串場、李七莊、三元村等據點，天津城區完全暴露在解放軍的火力控製之下。
根據天津城防特點，東北野戰軍司令員林彪1月7日致電中央軍委，提出關於攻擊天津的作戰部署，因“從東西兩麵能展開大的兵力，故主攻選擇在中部”。“采取東西對進，攔腰斬斷，先南後北，先吃肉、後啃骨頭的打法”。東北野戰軍參加攻擊天津的部隊有：一縱、二縱、七縱、八縱、九縱及六縱第十七師、十二縱第三十四師，共22個步兵師，連同特種兵大部，共34萬人。
為了統一領導、組織平、津戰役及接管平津地區，1月10日，中共中央決定：“以林彪、羅榮桓、聶榮臻三同誌組織總前委，林彪為書記，所有軍事、政治、財政、經濟、糧食、貨幣、外交、文化、黨務及其他各項重要工作均歸其管轄，以一事權而免分歧。兩市委、兩軍管會關於上述工作均直向總前委請示，由總前委向中央負責。”
盡管解放軍已完全有能力用武力占領天津，但為減少廣大人民的生命財產損失，仍希望能以和平方式進行。1月3日，毛澤東甚至明確要求劉亞樓研究在攻擊天津時，是否有辦法使工業區避免破壞或減少破壞程度。
11日，解放軍發出關於“和平放下武器”的通牒，限12日晚答複。天津國民黨軍收到通牒後，陳長捷等複信，拒絕接受和平解決的條件。不肯放下武器，企圖頑抗到底。陳長捷還錯誤地判斷，解放軍主攻方向是北麵宜興埠、丁字沽。並決定分為3個防守區：西北區以第六十二軍擔任，由天津警備副司令兼第六十二軍軍長林偉儔指揮；東北區以第八十六軍擔任，由第八十六軍軍長劉雲瀚指揮；南地區以第九十四軍四十三師擔任，由陳長捷兼任指揮。12日，毛澤東指令林彪、聶榮臻向傅作義代表鄧寶珊指出：“傅如有誠意，應令天津守軍於十三日全部開出城，聽候處理。守軍應負責移交一切公共財產、案卷、武器彈藥、被服，不得有任何破壞損失。守軍出城，隻能攜帶隨身槍彈物品。一切改編細目待出城後再談。否則我軍將於十四日攻擊天津。”