东北尚在酣战之际，毛泽东已在部署另一场大会战。这一会战，毛泽东称之为“淮海战役”。蒋介石称之为“徐淮会战”，又称“徐蚌会战”。
一九四八年十月十一日，毛泽东在西柏坡给华东野战军、中原野战军发出了一份重要电报，即《关于淮海战役的作战方针》。诗人气质的毛泽东，在制定作战计划时，却是那么的严谨。后来的事实表明，战争几乎完全按照毛泽东的这一电报所设计的“蓝图”进行。毛泽东要求，“你们以十一、十二两月完成淮海战役”。这一回，他采取与辽沈战役不同的战略:辽沈战役时，毛泽东集中全力先攻其尾，即长春—沈阳—锦州这一长链之尾；如今，他却改用中心开花。
毛泽东在电报中指出:“本战役第一阶段的重心，是集中兵力歼灭黄伯韬兵团，完成中间突破。”于是，黄伯韬兵团成了“锦州第二”——国共争斗的新焦点。
为了打好淮海战役，毛泽东决定成立淮海战役总前委，由邓小平、刘伯承、陈毅、谭震林、粟裕五人组成，邓小平任总前委书记。
蒋介石对徐淮会战，也极为关注。蒋介石声言:“徐淮会战实为我革命成败，国家存亡之最大关键。务必团结苦斗，期在必胜。”蒋介石要国防部拟订了《徐蚌会战计划》。然而，毛泽东处于攻势，蒋介石处于守势，战争主动权全都掌握在毛泽东手中。按照毛泽东的计划，第一个挨打的是黄伯韬兵团。自十一月六日起，黄伯韬兵团受围于徐州以东的新安镇碾庄地区。黄伯韬虽非蒋介石嫡系，但实力颇强，乃蒋介石在华东的主力。就在六日那天遭到猛攻时，黄伯韬对蒋介石派来的战场巡视官说道:“共军先打我这个兵团是肯定的，而且陈毅的主力达四十万，集中来打我这个十五万人的兵团，本兵团是必败的；这次是主力决战，关系存亡，谁也走不了。我受总统知遇之隆，生死早置之度外，绝不辜负总统期望。”黄伯韬还颇为感慨地说:“国民党是斗不过共产党的，人家对上级指示奉行到底，我们则阳奉阴违。”果真，黄伯韬斗不过陈毅。虽说蒋介石三次派飞机空投亲笔信，勉励黄伯韬殊死奋战，毕竟无济于事。打了半个月，黄伯韬兵团覆没。黄伯韬带着一批亲信，在小黄庄东北的一个小院，作最后的抵抗。黄伯韬在受伤后自杀身亡，搜身时发觉他的衣袋里还放着蒋介石空投给他的亲笔信，写着“固守待援”……黄伯韬的第七兵团十七万八千多人被歼。
“捷报！捷报！歼灭了黄伯韬。这一仗，打得实在好，实在好。同志们的功劳，真不小，真不小……”歌声在战场飞扬，中国人民解放军士气大振。在黄伯韬受困之际，蒋介石派第十二兵团前去救援，又在宿县西南双堆集地区陷入重围。毛泽东开始了第二阶段战役。到十二月十五日，这一兵团十二万人覆灭，司令黄维被俘。
黄伯韬、黄维这“二黄”被歼，徐淮一带只剩下杜聿明手下的三个兵团，共三十万人，即邱清泉兵团、李弥兵团、孙元良兵团。本来，奉蒋介石之命，杜聿明增援黄维。黄维遭歼，蒋介石知大事不妙，急令杜聿明率部放弃徐州，绕道永城南下。
毛泽东岂肯放过杜聿明？他马上调兵遣将，把杜聿明集团包围于陈官庄、青龙集地区，开始第三阶段战役。内中，孙元良兵团企图突围，先被歼灭，唯孙元良只身潜逃。
杜聿明陷入铁围之中。毛泽东虽然在西柏坡，却以“中原人民解放军司令部、华东人民解放军司令部”的名义，写了一份广播稿。这篇广播稿，后来收录《毛泽东选集》第四卷，题为《敦促杜聿明等投降书》。
《敦促杜聿明等投降书》颇有“现场感”，这么写道:
杜聿明将军、邱清泉将军、李弥将军和邱李两兵团诸位军长师长团长:你们现在已经到了山穷水尽的地步。黄维兵团已在十五日晚全军覆没，李延年兵团已掉头南逃，你们想和他们靠拢是没有希望了。你们想突围吗？四面八方都是解放军，怎么突得出去呢？你们这几天试着突围，有什么结果呢？你们的飞机坦克也没有用。我们的飞机坦克比你们多，这就是大炮和炸药，人们叫这些做土飞机、土坦克，难道不是比较你们的洋飞机、洋坦克要厉害十倍吗？你们的孙元良兵团已经完了，剩下你们两个兵团，也已伤俘过半。你们虽然把徐州带来的许多机关闲杂人员和青年学生，强迫编入部队，这些人怎么能打仗呢？十几天来，在我们的层层包围和重重打击之下，你们的阵地大大地缩小了。你们只有那么一点地方，横直不过十几华里，这样多人挤在一起，我们一颗炮弹，就能打死你们一堆人。
……放下武器，停止抵抗，本军可以保证你们高级将领和全体官兵的生命安全。只有这样，才是你们的唯一生路。你们想一想吧！如果你们觉得这样好，就这样办。如果你们还想打一下，那就再打一下，总归你们是要被解决的。
杜聿明被围，蒋介石如坐针毡。蒋介石不断给杜聿明发电报，空投亲笔信。
杜聿明表示忠诚于蒋介石，不愿向毛泽东投降。陈毅托一个被俘的第十三兵团军官，给杜聿明送去毛泽东的《敦促杜聿明等投降书》，李弥先看，不表态，交给杜聿明。杜聿明看罢，交给邱清泉。虽然邱清泉之弟邱清华乃中共将领，但兄弟俩人各有志。邱清泉把信扔进了炭火盆……
由于杜聿明等拒降，于是，毛泽东在一九四九年一月六日下令总攻。到一月十日，杜聿明部队全部被歼。邱清泉战死，李弥逃脱，杜聿明被俘。
杜聿明在被俘时，入厕解手，乘人不备，以一巨石猛击头颅，欲自尽。血流满面的他，被送往医院抢救……
至此，淮海战役降下帷幕。蒋介石在华东的刘峙集团，总共五十五万人被歼。