國民軍海軍廈門巡防處也於廈門失守後撤至金門，改稱金門巡防處，共有中榮號、楚觀號、聯錚號、淮安號、南安號、掃202號、掃203號、炮15號、炮16號等9艘艦艇，負責大金門西側海域巡邏警戒。
駐台中的國民軍空軍第1大隊，擁有25架B24轟炸機和60架FB26蚊式戰鬥轟炸機，負責對金門地區的空中支援。
國民軍判斷解放軍如果進攻金門地區，大金門島最有可能首當其衝，而又以大金門島西北部古寧頭至壟口段最有可能。因此防禦計劃是以大金門島西部為重點防禦地區，加強構築工事，並控製有力的機動部隊隨時策應。根據這一計劃，國民軍在海岸地區特別是西北部，在原有工事基礎上，大力加修野戰工事，布設大量障礙物，並在水際灘頭布設了7000餘枚地雷和800餘枚水雷。在修築工事中由於金門島缺乏木料、水泥等建築原料，國民軍大量征用民間的門板，甚至墓碑，所有征用物資，國民軍均開具借條，言明日後反攻大陸成功後由福建省政府賠償，後於八十年代由台灣“國防部”向有借條的每戶居民賠償新台幣一百五十萬元。
10月17日，廈門失守後，東南軍政長官陳誠立即命令已撤離潮汕地區正海運增援舟山地區的第12兵團主力改航金門，接替第22兵團的防務。
10月22日晚，第12兵團部和第19軍3個師已到達大金門島南部的料羅灣，由於風大浪高，運輸船無法靠岸，隻好在海上拋錨避風。23日黃昏才開始靠岸登陸，至24日晚（即金門之戰開始之時）上岸的部隊已有5個團。第12兵團司令胡璉於26日上午10時上岸，於11時半接過指揮權。
解放軍攻占廈門後，第10兵團部就從泉州移至廈門，兵團領導認為廈門是海外通商口岸的大城市，又多海外僑胞僑屬，如果出現紕漏，影響很大，而金門基本沒有堅固的防禦工事，守軍隻有2萬多人，又多是戰鬥力較弱的殘兵敗將，其防禦根本不能與擁有大量堅固永備工事和兵力充足的廈門相比，攻取金門不在話下，因此主要忙於主持城市接管，隻是10月18日向28軍下達了攻擊命令，沒有召開過一次作戰研究會議。而攻擊廈門前，第10兵團召開過三次作戰會議。
第28軍軍長朱紹清因病在上海治療，政委陳美藻在福州負責城市接管，參謀長吳肅則剛剛調職，新參謀長尚未到任，因此以28軍副軍長肖鋒和政治部主任李曼村組成前線指揮部，統一指揮該軍82師全部、84師251團、29軍85師253團和29軍87師259團共6個團攻取大金門。
21日，第10兵團察覺國民軍第12兵團一部已抵達金門，該兵團主力也已離開潮汕地區登船啟運，但去向不明。其實28軍早在10月9日攻占大嶝島戰鬥中已俘虜了12兵團18軍11師31團的官兵，並報告第10兵團，但兵團認為是敵軍謊報，根本未予置信。
22日，葉飛與肖鋒通電話，告訴肖鋒胡璉兵團已乘船離開潮汕，目前正在海上徘徊，究竟要到哪裏還不清楚，因此必須搶在胡璉兵團登陸金門之前發起戰鬥。23日，又獲悉第12兵團18軍118師已抵達金門，後續部隊正在海運途中，判斷第12兵團有到金門增防或換防的可能，因此必須集中目前所有船隻，立即組織登陸，搶在第12兵團到達之前，攻取金門島。為了進一步做好戰前準備，第10兵團決定再推遲一天，於10月24日晚發起攻擊，以目前全部船隻運載3個團登陸，然後返回大陸扣除一些損耗至少還能運送2個團，這樣就能有5個團，足以消滅島上守軍。
10月24日上午，解放軍28軍前指召集參戰各部師、團長舉行攻擊金門前的最後一次作戰會議，會議內容主要是通報目前敵情，檢查落實戰備情況，此時總共有300多艘船隻，可以一次運送3個團，參戰第一梯隊部隊已準備好了三天的糧彈。與會者提出一些問題，主要還是船隻不足，以及船工不可靠，因為當地是新區，又是說閩南話，解放軍很難與之溝通，甚至在攻擊平潭島戰鬥中出現過船工在航行途中跳海逃命的事例，（在私下裏82師師長鍾賢文、85師師長朱雲謙、251團團長劉天祥都預感到此戰凶多吉少，對作戰提出異議，朱雲謙甚至去廈門直接找葉飛彙報情況）但是最終還是決定於本晚發起攻擊，爭取搶在胡璉兵團上岸前解決戰鬥，預計付出四五千人的傷亡。
觀此次金門登陸，解放軍在所有決定作戰勝負的天氣、潮汐、敵情、登陸戰企圖、兵力占優勢、海空火力支援和運輸船隻等七方麵全無一點勝算，可以說，登陸作戰還未打響，失敗就已經注定了。
金門島北太武山觀察所24日晚報告，天黑後大陸沿海未見一絲燈光，聯想到當日白天沿海船隻全部停止活動，金門地區國民軍判斷解放軍極可能在24日晚或25日淩晨開始攻擊，因此李良榮下令各部加強警戒。
10月25日淩晨1時許，駐守大金門島西北部的國民軍201師601團中尉排長卞立乾查哨途中，誤觸埋設在海灘上的地雷，寂靜深夜裏的一聲爆炸，頓時將第一線的守軍驚醒，防禦工事裏的探照燈也迅速打開，耀眼的光柱掃向黑茫茫的大海第五連哨兵龔上賢借著燈光，看到海麵上風帆搖曳，數十艘帆船正向海灘駛來！立即鳴槍三聲，揭開了金門之戰的序幕！國民軍輕重武器按照前一日演習的標定目標猛烈開火，僅一個機槍班在短短幾分鍾裏發射了5000發子彈！金門要塞和201師的師屬炮兵也隨即開火。
淩晨1時半，解放軍解放軍244團見已被發現，遂將偷襲改為強攻，團長兼政委邢永生用報話機向前指報告：“距敵5裏，請求炮火支援！”同時，按照預先規定發射三發紅色信號彈，呼叫炮火掩護。肖鋒立即命令由軍、師炮團組成的炮群開火，解放軍擔負炮火掩護的共有80門105毫米美製榴彈炮和75毫米山炮，榴彈炮部署在沃頭，山炮部署在大嶝島，立即開炮，但是由於夜間隔海射擊，效果很不理想。
2時，解放軍244團報告部隊已開始登陸，請求炮火延伸射擊。接著253團團長徐博報告部隊正在航行中，還未登陸，肖鋒命令253團加快行進，強行登陸。但是與251團始終聯係不上。;由於登陸時東北風正盛，大多數船隻的登陸位置都比預定地點偏西，而且因為船隻各自為戰，隊形散亂，根本無法成建製地集中登陸。
解放軍244團於1時40分左右在後沙、壟口至觀音亭山一線登陸，其中隻有1營、3營和團部雖然登陸點偏西，但至少還在團登陸地區內，而2營則大大偏離預定登陸點，在古寧頭以東的林厝、安歧一帶登陸。
登陸時，解放軍244團建製已完全打亂，各部均根據戰前“有幾個人打幾個人的仗，不等待，不猶豫，向裏猛插”的戰術思想指導下，奮勇向縱深突擊，團部所在的船在登陸前被國民軍炮火擊中，參謀長朱斐然重傷，僅有的2個參謀1死1傷，邢永生上岸後就在海灘上的地堡裏建立團指揮所，1營主力在觀音亭山附近登陸，迅疾占領了觀音亭山和湖尾鄉高地。
天還未亮，國民軍機動部隊118師354團便開始向觀音亭山反擊，雙方激戰近兩個小時，1營是登陸部隊中戰鬥力較強的部隊，利用地形和工事頑強阻擊，頂住了國民軍的反擊，天亮後，國民軍354團得到了8輛坦克的支援，由於解放軍沒有反坦克武器，無法阻止坦克的衝擊，倉促構築的一些火力點和工事都被坦克碾壓而毀，接著步兵蜂擁而上，展開了短兵相接的鏖戰，1營營長耿守安和代理營長李道三先後陣亡，教導員郭元福不甘被俘而自盡，1營傷亡慘重，餘部且戰且走向安歧、林厝轉移。至上午8時許，觀音亭山和湖尾鄉高地均得而複失。3營登陸後迅速占領壟口，營長劉忠義收攏部隊準備向縱深突擊，此時剛到金門的18軍18師師長尹俊（淮海戰役中他率數百人從雙堆集殺出重圍）親率52團和師警衛營向壟口反擊，*國民軍連續三次攻擊均被擊退，第四次攻擊時，國民軍得到了從觀音亭山趕來的坦克支援，一舉攻入村內，解放軍又在村內與國民軍進行了一個多小時的巷戰，劉營長重傷身亡，部隊傷亡慘重，在優勢國民軍連續猛攻下，餘被迫向西撤退。