與蔣介石的估計恰恰相反，中共中央軍委作出了從川南、川東進軍的大膽戰略構想，布置人民解放軍對殘留在西南的國民黨軍隊實行大迂回動作，突然插至其後，斷其退路，完成包圍後消滅。為此，中共中央軍委以第二野戰軍主力從湘黔邊境直出貴州，進占川東、川南，並切斷國民黨軍退到雲南之路；以第一野戰軍第十八兵團滯留胡宗南集團於秦嶺地區，待第二野戰軍主力完成戰略部署後即迅速人川，攻占川北，然後南北兩路解放軍夾擊國民黨軍於成都地區而消滅。為了迅速解放和接管西南各省區，中共中央、中央軍委決定成立西南局和西南軍區，以鄧小平、劉伯承、賀龍分任西南局第一、第二、第三書記，賀龍任西南軍區司令員，鄧小平任政治委員，劉伯承任西南軍政委員會主任，經營西南川、滇、黔、康、藏。
月1日，人民解放軍發起川、黔作戰，西南戰役正式打響。第二野戰軍第五兵團由湘西直出貴州，守軍潰不成軍。11月15日，人民解放軍襲占貴陽，21日攻占遵義。接著，第五兵團主力北上，至12月初即攻人川南納溪、合江、自貢等地。與此同時，第二野戰軍第三兵團和第四野戰軍由鄂西、湘西同時向宋希濂發起進攻，迅速突破守軍川鄂邊防線，殲滅宋希濂部主力和第十五兵團大部於鹹豐、南川地區，並乘勝解放重慶外圍。接著於12月30日解放重慶。至此，人民解放軍切斷了四川國民黨守軍向黔滇的主要退路。
蔣介石見人民解放軍首先發起川黔迂回作戰，於11月下旬令胡宗南集團從川陝邊防線上退往成都地區。12月9日至11日，國民黨政府雲南省主席盧漢、西康省主席劉文輝、西南軍政長官公署副長官鄧錫候、潘文華以及兵團司令官郭汝瑰、王伯勳等，分別在昆明、雅安、彭縣、普安、宜賓宣布起義，康、滇兩省和平解放。蔣介石眼見其戰略企圖已經失敗，於12月10日率其"國民政府"飛逃台灣。
人民解放軍乘勝進軍，南北夾擊數十萬國民覺軍數十萬於成都地區。經過爭取，國民黨軍第十五、第十六、第二十、第七、第十八兵團分別在羅廣文、董宋珩、曾蘇元、陳克非、裴昌會、李振等的率領下舉行起義，僅第五兵團繼續頑抗而被迅速殲滅。12月30日，人民解放軍進駐成都。接著，人民解放軍人滇消滅殘留在滇南的國民黨2個軍。1950年3月12日，又向殘留在西康西昌地區殘部發起攻擊，至4月7日，全殲殘敵1萬餘人。至此，西南戰役基本結束，共殲滅國民黨軍93萬餘人。
人民解放軍解放了川、滇、康、黔4省後，著手解放西藏。西藏地方當局分裂勢力在帝國主義支持下，拒絕人民解放軍提出的和平解放政策。於是，人民解放軍第十八軍隻好於1950年10月發起昌都戰役，24日解放昌都，消滅藏軍主力5700餘人，打開了進藏門戶。這樣，西藏地方當局響應中央人民政府和平解放西藏的號召。5月23日，中央人民政府和西藏地方政府簽訂了和平解放的協議。人民解放軍根據協議規定，於8、9月間分路進駐西藏，11日，先後到達噶大克、察隅、拉薩、日喀則等地，勝利完成了進駐西藏的任務。至此，西南戰役完全結束。
蔣氏父子逃離大陸中國抗戰勝利後，蔣介石違背民主發展潮流，頑固堅持個人獨裁法西斯統治，掀起全麵內戰。但是，其企圖很快就被人民解放戰爭所擊碎。到1949年1月21日不得不宣布下野，讓李宗仁來代行總統職權，自己退居幕後指揮，仍然企圖維護國民黨政府的反動統治。