国共主力的大决战开始了。
第一个震惊全国的消息，是在九月二十四日传出:中国人民解放军华东野战军及山东军区部队，在这天一举攻下了山东省会济南，歼灭国民党部队十一万余人，活捉国民党第二绥靖区中将司令官兼山东保安司令王耀武。这是中国人民解放军第一次占领省会，第一次占领济南这样的大城市，显示了强大的攻坚实力。
这表明，毛泽东在向蒋介石发起大规模的进攻。
蒋介石慌了手脚。所幸他有专机，载着他到处飞。哪里吃紧，他就往那里飞。在大决战的那些日子里，蒋介石时而在北平训话，时而在沈阳指挥，时而在天津督战，时而在锦州湾葫芦岛视察……毛泽东呢？他稳坐在那长满古柏的小村庄。他昼夜不停地工作着。他给各野战军发出电报，指挥作战。有时，土屋里夜间太闷热，他端着煤油灯，来到院子，干脆把石磨当成办公桌，起草着电报……
激烈的战斗在东北打响。
十月十日，毛泽东给林彪发去电报:“你们的中心注意力必须放在锦州作战方面，求得尽可能迅速地攻克该城。即使一切其他目的都未达到，只要攻克了锦州，你们就有了主动权，就是一个伟大的胜利。”在林彪的指挥下，东北人民解放军遵照毛泽东的部署，于十月十四日对锦州发起猛攻。
翌日，蒋介石偕宋美龄急急从南京飞往沈阳，坐镇督战。锦州已处于铁围之中，蒋介石派出飞机，在锦州上空，给驻守那里的东北“剿总”副总司令范汉杰空投手谕:“能守则守，不能守则退出锦西。”然而，范汉杰已经是既不能守，也不能退了！东北野战军激战三十一个小时，一举攻克了锦州，活捉范汉杰，歼灭国民党部队十万余人。
毛泽东令林彪全力攻克锦州，确实是一步妙棋。锦州，乃东北之咽喉。锦州一失，切断了关内关外的联系，切断了东北国民党部队的退路，使驻守长春、沈阳的国民党部队陷入一片惊慌之中。
蒋介石以为毛泽东马上要回师攻沈阳，急匆匆和宋美龄于十六日飞离沈阳，前往北平。毛泽东却没有马上打沈阳，而是攻长春。
毛泽东的电报，发往长春城东南四五十里的李家屯。那里是中共第一线围城指挥所的所在地。“二萧”，即司令员萧劲光，政委萧华，正在那里忙碌。
最初，“二萧”得到的命令是“久困长围”，所以十万大军自六月二十二日起，便把长春围个水泄不通。毛泽东因为要先取锦州，所以对长春采取“久困长围”的方针。眼下锦州得手，毛泽东便要攻长春了。
驻守长春的国民党第六十军军长曾泽生曾如此回忆当时兵临城下的长春的情景:“长春城内是一片混乱。军队赖着微少的空投活命，士兵饥寒交迫，士气低落；老百姓连草根树皮都吃光了，老人饿死在道旁……长春变成了一座人间地狱。当时，摆在六十军面前有三条路:一是死守长春，其结果是城破军亡；二是向沈阳突围，其结果是被解放军歼灭在长春到沈阳的路上；三是反蒋起义，参加革命，向人民赎罪，这是条活路。”曾泽生：《起义纪实》，《人物》一九八六年第一期。
十月十九日，曾泽生率所部二万六千余人起义。
曾泽生后来回忆，他身边有许多中共地下党员，给了他很多影响。事后他才知道，他的副官长兼特务营营长杨滨是中共地下党员；他的指挥所所在的那个团的副团长赵国璋也是中共地下党员；从一九三八年起，中共在六十军军内，建立了地下组织……蒋介石在北平闻讯，气得吐血，于十八日再飞沈阳。蒋介石下令:“集中部队，一举收复锦州。”无奈，他的部下已人心惶惶，不愿出战。翌日，从长春传来令蒋介石沮丧的消息:驻守长春的东北“剿总”副总司令兼第一兵团司令郑洞国将军率所部四万七千余人，投诚中共。于是，长春解放。
郑洞国将军是这样回忆他的投降经过:到了此时，我已感到山穷水尽。正在焦急中，接到杜聿明的电报，他拟请蒋介石派直升飞机来接我出去，问我有无降落地点。我答复他:“现在已来不及了。”但是我还不肯改变“宁可战死，不愿投降”的顽固态度。我把这个时候的情况报告蒋介石，并对他表示“来生再见”。当天夜里，我的司令部附近，仍和过去两天一样，响着剧烈的枪声。后来我才知道，这是杨友梅和司令部的幕僚们想出来的办法:要直属部队向天放枪，表示假抵抗后再放下武器，造成事实，使我跟着他们走。第二天一早，我的司令部也就放下武器。他们为了把我从死亡的道路中挽救出来，真是煞费苦心。郑洞国：《放下武器》，《人物》一九八六年第一期。锦州、长春已解放，沈阳成了一座孤城。
毛泽东把目光移向沈阳。往常，他在起床之后，总要沿着西柏坡苇塘边散步。在那些日子里，苇塘边再也见不到毛泽东的身影。他每天只能睡三四个小时，已经没有散步的时间。
蒋介石从孤城沈阳飞往北平。虽然他明知沈阳已危在旦夕，仍要作最后的挣扎。蒋介石把杜聿明召至北平，任命他为东北“剿总”副总司令，要他无论如何夺回锦州。
然而，东北的败局已经无可挽回。十一月二日，沈阳、营口两城均被东北人民解放军攻下。国民党部队十四万九千余人被歼。至此，东北全部解放，辽沈战役宣告结束，全歼国民党部队四十七万人。
蒋介石不得不垂头丧气地由北平飞回南京。蒋介石竟是那么不经打，这出乎毛泽东的意料。这样，毛泽东在一九四八年十一月十四日为新华社写了题为《中国军事形势的重大变化》，对他自己两个月前所作的五年打倒蒋介石的估计，作了郑重更正。
毛泽东写道:“原来预计，从一九四六年七月起，大约需要五年左右时间，便可能从根本上打倒国民党反动政府。现在看来，只需从现时起，再有一年左右的时间，就可能将国民党反动政府从根本上打倒了。”《毛泽东选集》，第四卷，一三六一页，人民出版社一九九一年版。