12月12日，陳賡在指揮所召集四縱各旅長開會，這是向雙堆集殘敵總攻前的一次會議。陳賡在會議上指出，這次作戰部隊傷亡較重，不能及時補充兵員，各團與其保留三個營的架子，不如編成兩個營有戰鬥力。同時命令擔負攻堅任務的部隊，積極準備進攻，其他部隊加緊向前構築工事，抵近敵人，控製敵空投場。在淮海戰場上，陳賡一直領導部隊自覺地在戰場上挑重擔，所以部隊傷亡特大。他常對四縱隊各旅長講：“我們應當自覺地擔重任務，啃骨頭的仗要自己承擔，吃肉的仗叫別人打。”
12月13日夜，陳賡指揮四縱各旅攻擊敵以1個師部和3個團兵力防守的楊文學村。這個村莊本是雙堆集東麵護衛敵兵團部核心陣地的屏障，如被我軍攻占，敵兵團部將暴露在我軍直接攻擊下，敵人臨時機場及雙堆集就難以保全。黃維十分震驚，在我軍攻入陣地時，派出督戰隊采用極殘酷的手段督戰，凡後退者格殺勿論。與此同時，攻擊楊老五莊的九縱二十七旅，已占領敵前沿陣地；二十六旅協同十一縱三十一旅突入楊子全莊敵軍陣地並將其殲滅；三棵樹敵恐慌動搖，經我政治爭取，全部投降。當夜陳賡調整部署，準備再攻楊文學村；又令九縱、十一縱主力積極準備攻占楊四麻子村。到15日敵已陷入極度慌亂，空投場已不能使用。供應完全斷絕。14日夜，我南集團攻占敵臨時機場南端的集團陣地及雙堆集南麵的尖穀堆陣地。敵兵團部核心陣地完全暴露，東集團先頭部隊已能在戰壕裏望到雙堆集。黃維在其核心陣地也能看到東集團逐步抵進的工事正在逼近，深感我軍強大攻擊部隊近在咫尺，知道被殲在即，十分惶恐。到14日下午，盤踞在雙堆集的敵兵團部，已經直接受到威脅。
12月15日17時，陳賡直接指揮四縱隊各旅以5個團的兵力，分五路第二次向楊文學之敵發起總攻。正當雙方進行炮戰的時候，陳賡來到前沿陣地，觀察我軍火力射擊效果，檢查突擊部隊各種準備工作進行情況，鼓勵指戰員打好這一仗：“拿勝利的消息給中央、毛主席拜年！”我軍迅速突破敵軍陣地，各路部隊都以敏捷的動作楔入敵縱深，對敵實行穿插分割。敵人竭力頑抗，各突擊隊與敵逐碉、逐屋、逐壕進行了激烈的反複爭奪。經過一個半小時的激戰，圍殲了該村的殘敵。這樣就肅光了敵兵團部在東麵的最後一層皮，占領了雙堆集東邊的最後屏障。陳賡命令各部繼續向雙堆集構築工事，直指敵兵團核心陣地。
由於連續多個晝夜未眠，陳賡在攻擊楊文學戰鬥勝利結束，親自打電話向野戰軍司令部報告以後，就回到那簡陋的作戰室裏準備小睡片刻。還未睡熟，傳來了黃維逃跑的消息。他對參謀人員說：“從此長江以北我們無仗可打了，杜聿明隻須圍困就行了。過了長江是大追擊戰，隻要追上敵人，就是勝利。”連續猛烈攻擊，已使敵人喪膽。陳賡曉得敵人不會向東集團的陣地逃竄，他即從容地命令九縱向雙堆集核心陣地前進；又令四縱各旅不要順著敵人逃路的方向追擊，莫同兄弟部隊爭搶戰果，應即繞到兄弟部隊駐地外圍去堵漏網之敵。九縱第二十六旅八十六團迅速占領了敵兵團部所在地東西馬莊，並控製了賴莊敵飛機著陸場。第七十七團及七十六團一部直指雙堆集以東，占領了敵軍炮兵陣地，繳獲敵野炮、榴彈炮大部。第二十七旅同時也攻占了吳莊、賴莊、金莊等地。第八十團、七十七團與友鄰部隊協同攻占雙堆集核心陣地。這時，潰敵爭相逃命，無奈“解放軍陣地如銅牆鐵壁，碰來碰去連一個漏縫都找不到”，當夜24時被我軍全部殲滅。敵兵團司令官黃維、副司令官兼八十五軍軍長吳紹周、第十軍軍長覃道善、十八軍軍長楊百濤全部被擒。至此，持續20多天的雙堆集殲滅戰勝利結束。