整個戰役分3個階段進行。第一階段，從11月6日至22日，人民解放軍在徐州以東新安鎮、碾莊地區圍殲黃伯韜兵團。戰役開始，華東野戰軍在中原野戰軍配合下，兵分3路南下，對黃伯韜兵團采取戰略包抄。8日，國民黨第三綏靖區副司令何基灃、張克俠率領2個軍部、3個半師共23萬人，在台兒莊、棗莊地區起義；徐州北大門洞開，解放軍乘機插入，切斷黃伯韜兵團的退路，黃伯韜兵團1個師在曹八集，第六十三軍在窯灣被殲；兵團司令部和4個軍被包圍在縱橫不到20華裏的碾莊地區。12日，解放軍發起總攻，22日，全殲黃伯韜兵團10萬人，黃伯韜本人自殺斃命。第一階段共殲敵178萬人，並切斷敵人從海上的逃路，形成對徐州之包圍，兵臨江淮之勢。
淮海戰役第二階段，從11月23日至12月15日，主要目標是殲滅比較突出的孤立的黃維兵團。中原野戰軍主力在華東野戰軍配合下，於11月24日，將黃維兵團包圍在宿縣以南的雙堆集地區。杜聿明率邱清泉、李彌、孫元良等棄守徐州援黃維，12月4日，被包圍在徐州西南陳官莊。12月6日至15日，中原野戰軍及華東野戰軍一部發動對黃維兵團的總攻擊，全殲該兵團115萬人，並生俘黃維。杜聿明部則由此陷入了徹底孤立。第三階段，從1月6日，人民解放軍向青龍集、陳官莊被圍的國民黨軍發起總攻，至10日上午10時，全殲邱清泉、李彌兩兵團25萬人，生俘杜聿明，擊斃邱清泉，李彌隻身逃走。
淮海戰役曆時65天，共殲敵655萬人，基本解放了長江以北的華東、中原地區，為渡江作戰，直搗國民黨的統治中心南京，解放大上海創造了有利條件。
平津戰役
當遼沈戰役剛結束，淮海戰役方酣之際，從1948年11月29日至1949年1月31日，解放軍在華北地區發動一場重要的戰略決戰。戰前，華北戰場傅作義集團60萬兵力，擺在北平為中心的張家口、新保安、天津、塘沽，從西到東形成“一”字長蛇陣，在遼沈、淮海戰役震動之下，已成驚弓之鳥。
按中共中央部署，由林彪、羅榮桓、聶榮臻組成總前委，領導這一戰役。第一階段，從1948年11月29日至12月21日，華北野戰軍2個兵團及東北野戰軍一部，將國民黨7個師、2個騎兵旅分別包圍於張家口、新保安兩地，采取“圍而不打”的方針。東北野戰軍秘密入關進至平津之間，采取“隔而不圍”的方針。11月29日，東北軍攻打張家口，揭開平津戰役的序幕。並以“聲西掩東”的作戰方式，直到12月22日，東北野戰軍80萬全部入關準備完畢。
平津戰役第二階段，從12月22日至1949年1月15日，采取“先打兩頭，後取中間”的作戰方針。第一步，於12月22日攻克新保安；24日，解放張家口，解決包頭；第二步，於1949年1月14日，向堅固設防、拒不投降的天津之敵，展開攻堅戰，經29小時的激戰，全殲守敵13萬人，生俘天津警備司令陳長捷，宣告天津解放。第三階段，從1949年1月22日至31日，和平解放北平。北平守敵20萬人，處於90萬人民解放軍的包圍之下，完全陷入欲戰不能，欲逃無路的絕境。傅作義雖與我方已開始談判，但仍猶豫觀望。1月16日，平津前線司令部向傅作義提出和平解放北平的最後通牒。在此期間，北平地下黨亦進行有力地配合。由於中共和平政策的感召和兵臨城下形勢所迫，傅作義接受和平改編。1月31日，解放軍接管北平，北平實現和平解放，至此，平津戰役勝利結束。
平津戰役曆時58天，共殲滅和改編國民黨軍52萬人。華北地區除太原、大同、歸綏、新鄉、安陽幾個孤立據點外，全部解放。使東北、華北解放區連成一片，成為全國解放戰爭的戰略後方。9月15日，綏遠國民黨軍在董其武率領下，通電起義，接受改編。
據不完全統計，三大戰役，參戰的民工539萬人，出動的擔架10萬多副，大小車80多萬輛，支援糧食10億斤等。三大戰役曆時一共4個月19天，殲敵154萬人，國民黨賴以生存的軍事力量幾乎喪失殆盡，國民黨政府無法擺脫滅頂之災，新民主主義革命的勝利已在眼前。