人民解放軍第二、三兩大野戰軍七個兵團分為西、中、東三個作戰集團，齊集長江北岸，四野一個兵團與地方部隊10萬人在武漢、宜昌、沙市等地展開正麵攻擊，牽製白崇禧，掩護渡江部隊。4月21日晨，百萬雄師，橫渡長江。中路大軍首先突破了安慶、蕪湖間的防線，24小時內即強渡長江30萬人。當日下午，兩路大軍突破貴池、湖口間防線。與此同時，東路大軍也在鎮江至江陰間發動了渡江攻勢。國民黨苦心經營的長江防線全線崩潰，南京城內一片混亂，總統府與行政院逃往廣州。22日夜，國民黨第二艦隊司令林遵率艇25艘在南京東北江麵起義。23日，人民解放軍渡過長江，解放南京，統治中國22年的國民黨南京政府宣告覆滅。
江防失陷後，國民黨軍向杭州、浙贛線與上海等地敗退，解放軍乘勝追殲。5月初，三野主力連克無錫、蘇州、杭州，殲敵14萬餘人。二野主力向浙贛線推進，殲敵10萬。5月12日，三野主力發起淞滬戰役，殲滅守敵湯恩伯部15萬人。27日，上海解放。當日成立了上海軍管會與上海市政府，由陳毅兼任主任、市長。5月14日，四野第十二兵團和江漢、鄂豫軍區地方部隊在武漢以東的團風至武穴間突破防線，渡過長江，白崇禧部隊敗退湖南。16日，解放武漢，22日，解放南昌。
渡江作戰，先後解放城市120餘座及蘇、浙、皖、閩、贛、鄂等省的大部地區或部分地區，殲敵40萬，為解放華南、西南創造了有利條件。在此期間，華北解放軍先後肅清了太原、大同、安陽、新鄉等敵人據點，解放了華北全境。5月20日，西北解放軍攻克西安。
渡江戰役後，各路大軍向西北、西南、華南進軍。
在西北地區的第一野戰軍（包括改歸一野建製的原華北十八、十九兵團）與西北軍區部隊，在彭德懷、賀龍領導下，以“牽馬打胡、先胡後馬”的方針，打破了胡（宗南）馬（馬步芳、馬鴻逵）聯合。6月再克寶雞，8月發動秦嶺戰役，打開南進大門。此後，賀龍率部入川，彭德懷率主力西進。8月26日解放蘭州，9月5日解放西寧，23日解放銀川，全殲二馬部隊。9月19日，國民黨西北軍政長官公署副長官兼綏遠省主席董其武率部五萬人通電起義。25至26日，新疆省警備司令陶峙嶽、省主席鮑爾漢也先後通電，率部10萬人起義。10月20日，一野王震兵團進駐迪化（今烏魯木齊）。至此，西北全境解放。
在華東地區，第三野戰軍於8月17日攻克福州。10月17日攻克廈門，除台灣與沿海島嶼外，華東全境解放。
華南地區，集結著國民黨軍白崇禧集團，根據毛澤東製定的大迂回、大穿插、斷其後路、包圍聚殲的作戰方針，從7月份起，第四野戰軍發起進攻。8月4日，國民黨湖南省主席程潛和第一兵團司令陳明仁宣布起義，長沙和平解放。9月發起衡寶戰役，白部敗退廣西。解放軍自贛粵邊南下，10月14日解放廣州。11月初，四野主力及二野四兵團分三路進攻廣西。22日攻克桂林，12月4日攻克南寧。至此，除海南島外，華南全境解放。
在西南地區，敵軍防守的主力是胡宗南部與川康地方殘軍。從11月1日起，第四、二、一野戰軍聯合發動了圍殲戰。15日攻克貴陽，兵臨川東南，11月30日解放重慶。12月9日，國民黨雲南省主席盧漢，西南軍政長官公署副長官鄧錫侯、潘文華，西康省主席劉文輝分別在昆明、彭縣通電起義，雲南、西康和平解放。27日攻克成都。至此，除西藏外，中國大陸全部解放，國民黨殘餘政權退踞台灣。