1948年4月27日夜，獨二旅進入隱蔽圈，靜待敵人到來。獨二旅旅長給許光達傳來消息：敵軍1個工兵營在洛河渡口架浮橋，準備過河！擔任架橋任務的敵工兵營，好長時間也架不起橋，營長見難及時完成任務，幹脆跑了。工兵營失去指揮，一時大亂。何文鼎隻好派第十二旅趕到河邊，準備涉水渡河。敵軍第十二旅的2個團涉過河，占領了渡口的製高點，準備掩護主力過河。何文鼎見一切順利，便指揮部隊過河。突然，渡口的西北方向響起了槍聲，是獨二旅接到許光達的命令，封鎖渡口，不準後麵的敵人過河。正在渡河的敵人，聽見槍響，慌作一團，互相擁擠，許多人被水淹死。這一仗共殲敵3000多人，解救出被敵人裹脅的2000多老百姓。
隨後，許光達又率三縱隊參加了合陽戰役、荔北戰役。11月，他率三縱參加冬季戰役，與二縱、六縱組成左翼兵團，東渡洛河，28日會同二縱攻克永豐鎮，全殲敵七十六軍。
1949年2月1日，根據全國統一編製，西北野戰軍整編為中國人民解放軍第一野戰軍，第三縱隊整編為第三軍，下轄步兵第七師、第九師，許光達任第三軍軍長。7月，南北戰場展開全麵進攻，軍委決定組成大兵團作戰，以第三、四、六軍組成第一野戰軍第二兵團，許光達任兵團司令員，王世泰任政委。7月上旬，第一野戰軍司令員彭德懷部署“先鉗馬打胡，後鉗胡打馬”的方針，以1個兵團牽製“二馬”集團主力，另以3個兵團殲滅位於扶風的胡宗南主力，許光達在圍殲國軍胡宗南部主力的扶眉戰役中，率部迂回敵後，斷敵退路，胡宗南所部第三十六軍、第三十九軍退至秦嶺及其以南地區。隨後，解放軍攻占蔡家坡、岐山、鳳翔、寶雞和益門等城鎮。
1949年的8月，許光達與第一兵團、六十三軍組成左翼，配合第十九兵團追殲向隴東逃跑的馬鴻逵、馬步芳部。8月20日，許光達率領部隊兵臨蘭州城下。馬步芳憑借蘭州地形與工事，將我軍吸引到蘭州周圍，然後讓靖遠的馬鴻逵第八十一軍斷我軍補給線，讓駐守黃河北岸的第九十一軍、第一二○軍從左右兩翼包抄，企圖內外夾攻擊敗我軍。
麵對敵軍的部署，彭德懷決定以許光達的第二兵團3個軍和第十九兵團的2個軍分兩路包圍蘭州。許光達為了打贏這次戰役，親自帶領師以上幹部偵察蘭州地形。許光達研究了地形並聽取了指戰員的看法之後，向各軍分派了任務：第二兵團的第三、四、六軍共3個軍分別向馬家山、營盤嶺、沈家嶺發起進攻。三個軍激戰了一天，沒有奪下一塊陣地，傷亡卻很大。許光達得知情況後，對警衛員說：“通知下去，晚上召開黨委會！”在黨委會上，許光達聽了大家的彙報，總結出這次進攻失敗的原因是：幹部、戰士有輕敵的思想。他對政委王世泰說：“輕敵驕傲還能不打敗仗？”王世泰說：“驕兵必敗。我們要從上到下，在思想上要整頓，克服這種輕敵驕傲情緒。”許光達說：“下麵輕敵，責任在我們，我們應該向野司作檢討。”王世泰同意了許光達的意見，兩人向野司作了檢討。8月25日，蘭州戰役的總攻打響。解放軍六十三軍先後以3個團攻竇家山，曆經6個多小時攻克。第六軍以5個團攻營盤嶺，自淩晨6點半至下午四點半攻克並打退敵人反撲共10個小時。第四軍以4個團攻擊沈家嶺，十一師三十一團正麵主攻，三十二團從左翼助攻，三十三團從右翼助攻。沈家嶺西側為陡峭的岩石地貌，三十二團運動了一夜從沈家嶺西側後艱難攀上，卻很早就讓敵軍發覺了。這個時候，敵軍的增援部隊到達沈家嶺，三十二團受到不同方向的重兵夾擊，傷亡重大。三十一團在正麵發起了攻擊，吸引了敵軍部分主力，三十二團才在沈家嶺西側邊緣占據了個支撐點。經過一天的激烈戰鬥，到下午5點鍾後，敵軍再也沒派來支援部隊，軍心開始動搖。我軍抓住機會，步步進逼，打到了沈家嶺北部最後一道防線，隨後我軍發起全線衝鋒，敵軍三五七師師長楊修戎和一九○師參謀長李少白等人全部潰敗下去，至此我第四軍占領沈家嶺。許光達得知這個消息後，命令第三軍發起猛攻。第三軍第七師攻下七裏河後，沿黃河南岸東進準備奪取黃河鐵橋，從26日淩晨開始，經過數個小時的激戰，消滅了守橋敵人，阻止了城中潰撤逃跑的殘軍。同日24時，彭德懷在向毛澤東發電報：本月25日惡戰一天，四、六兩軍奪敵兩個陣地，俘敵百餘，斃傷敵近3000人；六十五軍、六十三軍，奪敵一個陣地，俘敵1000人，斃傷敵約6000人，我傷亡相等，敵人很頑強。毛澤東電複彭德懷：六十二軍暫留臨夏，必要時亦宜令其移蘭州參戰。務請注意籌足至少一個月的糧食、彈藥。毛澤東還提醒彭德懷做持久作戰的準備。
毛澤東的電報發出時，蘭州戰役已經基本結束。蘭州戰役共殲馬步芳精銳的八十二軍3個師大部和一二九軍2個師各一部以及3個保安團共計2.7萬餘人，其中斃傷1.27萬人，俘虜1.44萬人。8月30日，解放軍隆重舉行部隊入城儀式。這天，十多萬市民擁上街頭，載歌載舞歡迎自己的隊伍。彭德懷、許光達等軍隊領導以及邀請來的各界代表、各民眾團體代表檢閱了遊行隊伍。