12月4日，華野第2、3、8、9、10、11縱隊及翼獨立第1、3旅計20萬部隊，到達王引河一線，在東西50里的寬正面構(gòu)筑袋形防御陣地；第1、4、12縱隊，渤?？v隊到達洪河集以北向南壓迫，終于將杜聿明的3個兵團合圍在徐州西南130里的陳官莊附近地區(qū)。當日，總前委和華野司令部的電話架通。陳毅在電話中對張震說：
“我是陳毅，敵人3個兵團，正采取東、西、北三面掩護一面南攻的戰(zhàn)法，要向南打過去同黃維會師，你們必須對癥下藥，實行東、西、北三面猛攻，南面全線堅守的戰(zhàn)法，就可使敵人的圍圈迅速縮小，然后再從容收拾它！”
張震聽到陳毅的聲音，甚為高興，自從陳毅6月份奉命去中野工作，半年多沒有見面，也沒有電話聯(lián)系。他立即回答說：“司令員，你放心，我們一定照你的命令辦。”
陳毅又說：“重點要注意南面，決不能讓它沖出去。敵人要沖擊，就給它狠打猛揍，叫它痛得要命，它就老實了。我們這里正收拾黃維這個老冤家識世界和改造世界具有重要意義。，你們那里一定要把杜聿明看住，絕不能讓他跑了。”
“好！好！我們保證！請你放心，請劉司令員、鄧政委放心！”張震口氣堅決。
蔣軍邱清泉兵團以45、46師為前鋒，集中5個團以上的兵力，向南滾進；李彌、孫元良兩兵團在東西兩側(cè)逐次跟進?；幢逼皆?、東起張壽樓、西迄趙破樓，北自袁圩，南止李石林，由炮火和拼殺形成一股方圓40余里的戰(zhàn)爭臺風(fēng)，向南方緩緩移動。密集的炮火所及，房倒屋塌，草木焦萎，天昏地暗，日月無光。12月6日“臺風(fēng)”艱難地向南推進到陳官莊地區(qū)，就只能原地打轉(zhuǎn)了。
邱清泉一臉怒氣，和孫元良來見杜聿明，火爆爆地說：“要重新考慮一下戰(zhàn)略！”杜聿明便同邱清泉、孫元良、李彌一起商量下一步如何行動。
孫元良道：“總座，目前共匪東北野戰(zhàn)軍已南下，而我們攻擊進展遲緩，掩護陣地又多被突破，再戰(zhàn)下去前途并不樂觀。唯今之計，只有輕裝突圍才是一條生路，將在外，君命有所不受。目前只有請總座獨斷專行，才可挽救大軍?！?br/>
邱清泉擊節(jié)叫道：“我同意良公意見！”
杜聿明問李彌：“丙仁呢？”
李彌沉吟半晌，道：“請總座決定，我照命令辦?！?br/>
杜聿明又氣又恨，站起來說：“是呀，‘將在外，君命有所不受，。你們?nèi)绻?天前說這話，還可以全師而歸，對得起老頭子，今天恐怕晚了！既違命令，又不能全師，有何臉面去見老頭子！”
最后商定，這日晚上3個兵團從東、西、南3個方向全線突圍。
孫元良性急，突圍心切，命令部隊將重武器和裝甲運輸車悉數(shù)破壞，把炮兵牽引騾馬改為乘騎，鉆隙迂回。孫元良3個軍從邱清泉兵團5軍陣地越過王引河，潛躍而出，但在薛家湖一帶遭解放軍迎頭痛擊，孫元良掉頭回宿，夜幕之中又誤遭5軍強烈火力阻射。頓時死傷枕藉哀嚎徹夜，1萬余人或死或傷或擒，1．6萬多人潰散，兵團參謀長張益熙被擊斃。軍長胡臨聰、汪匣鋒，副軍長陳遠湘、李家英、師長張光漢、陳玲等被俘。孫元良率領(lǐng)少數(shù)衛(wèi)士向西南逃跑，結(jié)果被解放軍沖散，衛(wèi)士跑光了，只剩下他一人，見到處是解放軍，乃趴到老百姓床底下，未被解放軍搜索戰(zhàn)士發(fā)現(xiàn)而幸免。爾后趁老百姓家中無人，脫去軍衣?lián)Q上老百姓衣服，晝伏夜行，最后僥幸逃到武漢。
孫元良第十六兵團一夜之間灰飛煙消。
邱李兩兵團調(diào)整部署后，乃合力南攻。邱清泉建議以他的“集團沖鋒”對付解放軍的“人海戰(zhàn)術(shù)”：每次攻擊集中5個師以上的兵力，以坦克為先導(dǎo)，蜂擁出擊，以傾天裂地之勢，一舉撕破解放軍的防御。于是，連犯劉樓，郭樓、李樓、孫莊等村，然而進至魯樓這個僅有72戶人家的村莊，被華野第10縱29師遏住，未能越雷池一步。
粟裕在電話里向29師傳達總前委的指示，詢問陣地情況。29師已傷亡近半，有的連隊只剩下三四個人，但肖鋒師長堅定地說：“請粟司令轉(zhuǎn)告總前委首長，人在陣地在，我們決不后退一步！”
魯樓阻擊戰(zhàn)堅持了10晝夜，杜聿明集團終于未能前進一步。
南攻失敗，邱清泉和李彌都付出了相當大的代價。向來穩(wěn)重的李彌狂怒，下命槍斃了失守高窯的團長。杜聿明見突圍無望，決定就地固守。他連連電告蔣介石，速調(diào)大軍前來增援。華野將士乘勢縮緊包圍圈，加固工事，將杜聿明集團重重疊疊地包圍在陳官莊地區(qū)。
小李家的總前委指揮部劉、鄧、陳見華野已經(jīng)把杜聿明集團圍困，認為已到了解決雙堆集黃維兵團的時候，遂于12月5日下達了對黃維兵團的總攻命令。
甲：從明（六日）午后4時半起，開始全線對敵總攻擊，不得以任何理由再事推遲。
乙：陳、謝集團務(wù)殲沈莊、張圍子、張莊地區(qū)之敵；
錫聯(lián)集團務(wù)殲三官廟、馬圍子、玉皇廟、許莊地區(qū)之敵；
王、杜集團務(wù)殲雙堆集以南王皇廟、趙莊，及以西前周莊、宋莊之敵，并各控制上述地區(qū)，然后總攻雙堆集，全殲敵人。
丙：總攻戰(zhàn)斗發(fā)起后，應(yīng)進行連續(xù)攻擊，直到達成上述任務(wù)為止，不得停止或請求推遲。
?。焊鞑坎幌ё畲鬆奚?，保證完成任務(wù)，并須及時自動的協(xié)助友部爭取勝利。
戊：對于臨陣動搖貽誤戰(zhàn)機分子，各兵團各縱隊首長有執(zhí)行嚴格紀律之權(quán)，不得姑息。
這個嚴厲的總攻擊令由總前委作戰(zhàn)室直接用電話傳達到一線部隊。
6日下午4時30分，總攻在猛烈的炮聲中全線展開。
東集團：陳賡、謝富治率領(lǐng)中野第4、9、11縱隊及豫皖蘇獨立旅、華野特縱炮兵一部，向沈莊、張莊一線奮起沖鋒。
西集團：陳錫聯(lián)指揮中野第1、3縱隊和華野第13縱隊、特縱炮兵一部向三官廟、許莊一線發(fā)起攻擊。
南集團：王近山、杜義德指揮中野第6縱隊、華野第7縱隊、陜南第12旅，向周莊一帶進攻。
中野從艱苦的阻擊戰(zhàn)到此刻發(fā)起總攻，已傷亡2萬余名將士。但整個部隊在劉、鄧首長“打下黃維，直搗南京，解放全中國”的決戰(zhàn)號令下，個個奮勇拚殺。經(jīng)轉(zhuǎn)戰(zhàn)大別山，在嚴酷戰(zhàn)爭環(huán)境中錘煉出來的鋼鐵戰(zhàn)士，同用美式裝備武裝起來的黃維兵團拉開了殊死戰(zhàn)的帷幕。陜南第12旅35團1營和敵人反復(fù)10余次爭奪小李莊，200多名官兵戰(zhàn)到最后40個人，而倒在他們腳下的敵人尸體達1000多具。
黃維兵團副司令胡璉，決定實施他的“刺猬脹蛇法”，命令各部緊縮猬集，以家屋為核心，以地堡群為骨干，依托堅固工事，夜間堅持抗擊，白天則在飛機、坦克、大炮的配合下，突襲反攻。
解放軍各集團集中優(yōu)勢兵力，進行重點連續(xù)攻擊，煙塵滾滾，激戰(zhàn)猶酣。解放軍4個營攻占了大王莊，將敵85軍的1個團擊退。敵人調(diào)18軍的“老虎團”向大王莊沖鋒。他們不僅成群地上，單個也上，有炮上，沒炮也上，槍打得準，拚刺刀也行。解放軍4個營的指戰(zhàn)員利用斷墻、壕溝，打退了他們的15次沖鋒。最后敵“老虎團”全團覆滅，只剩下孫團長一人，他滿身污血、跌跌撞撞地步回師部，遇見了胡璉。胡璉逼他自殺。那孫團長顫顫抖抖地摸出腰帶上的手槍，向纏滿繃帶的頭顱舉去。隨著一聲槍聲。他倒在胡璉腳下。
解放軍也付出了巨大的犧牲。中野第6縱隊46團3營只剩下營長1人，仍堅守在大王莊陣地上，其他3個營也大部犧牲。華野第7縱隊首長為保住大王莊陣地，將縱隊警衛(wèi)連調(diào)上去。敵人將18軍的汽車兵、后勤兵、伙夫、馬夫調(diào)上來沖鋒，但這些人不經(jīng)打，他們雖然人多，還是被打下去了。
原被解放軍擊退的敵85軍那個團，趴在掩體里看“老虎團”同解放軍爭奪大王莊，見他們的部隊被打完了，那個團長放下望遠鏡，說：“弟兄們，莫打了，咱們投降吧！”當夜，他們向華野第7縱隊繳了械。
蔣介石派他的二公子蔣緯國率戰(zhàn)車2團100余輛坦克前往蚌埠督戰(zhàn)。
毛澤東、粟裕曾試圖于徐東割殲邱清泉、李彌兵團而未果，便遣華野第2、6、10、11、13縱隊等部及江淮軍區(qū)獨立旅直奔李延年而來。李延年、劉汝明到底熟諳軍機，看華野重兵來襲，便急電報告國防部，迅速率部南撤，并炸毀澮河鐵路橋，然后龜縮淮河一線，再也不敢北越雷池。蔣介石制定的“南北對進，三軍會師，打通徐蚌”的戰(zhàn)略計劃雖未實現(xiàn)，但得以全師蚌埠，也深為慶幸。
李延年所部本是徐州“剿總”第九綏靖區(qū)建制，劉汝明所部是第四綏靖區(qū)建制。東北戰(zhàn)役，國民黨軍被殲，李延年得東北“剿總”的第六兵團番號，劉汝明得東北“剿總”第八兵團番號。李、劉分別把綏靖區(qū)改為兵團。李延年第六兵團下轄39、54、96、99軍，其中54、39軍是從葫蘆島撤出來的。李延年4個軍都是蔣介石嫡系，裝備優(yōu)良，頗能沖殺。劉汝明第八兵團下轄55、68軍。這兩個軍曾被解放軍殲擊過，但劉汝明是雜牌軍，怕蔣介石整肅，不敢實報傷亡情況，虛額甚大。
12月4日，李、劉兩兵團傾剿而出，與蔣緯國的戰(zhàn)車2團相互助威，兇焰萬丈。而阻擋他們的僅中野第2縱隊和華野第6縱隊的數(shù)萬將士。
陳毅在小李家給華野第6縱隊司令王必成、政委江渭清寫信，他知道第6縱隊打得很苦，部隊很疲困，但又抽不出力量來，只有鼓勵指揮員沉著、鎮(zhèn)定、堅毅，靈活地應(yīng)付可能發(fā)生的一切，要有犧牲大部的決心，與敵人拚斗。王必成、江渭清、皮定均沒有辜負陳毅的囑托，指揮部隊以血肉之軀筑起了一道長城，一次又一次地頂住了如洪水般卷來的敵人。
蔣緯國在第一線督戰(zhàn)得手，12月5日占領(lǐng)仁和集、周家口，9日進至火星廟一線。但好景不長，華野渤?？v隊11師和豫皖蘇軍區(qū)地方武裝5個團陸續(xù)開到，配合中野第2縱隊、華野第6縱隊頑強阻擊，國民黨軍攻擊浪頭就像撞上了礁石，被碰了回去，僅李延年兵團死傷達1．5萬多人。蔣緯國忽然接到南京統(tǒng)帥部來電，命令他的戰(zhàn)車2團撤出戰(zhàn)斗，聽候差遣。蔣緯國帶戰(zhàn)車2團退出戰(zhàn)場，李、劉兵團北進，以失敗而告結(jié)束。
劉伯承、陳毅、鄧小平剛在指揮部內(nèi)研究完南線阻擊李延年、劉汝明的戰(zhàn)況，又分乘吉普車出小李家直開雙堆集戰(zhàn)場前沿。車在一處路口停下，他們步行親臨戰(zhàn)場，直接觀察第一線激戰(zhàn)。
劉、陳、鄧回到指揮部，指示粟裕抽調(diào)3個縱隊參加雙堆集會戰(zhàn)。粟裕即命參謀長陳士榘率華野第3、11縱隊和魯中南縱隊星夜南下。艱苦的殲黃作戰(zhàn)由8個縱隊增加到11個縱隊?？偳拔⒓凑{(diào)整部署。
東集團：陳賡指揮，率中野第4、9、11縱隊和豫皖獨立旅，攻擊敵10軍、14軍殘部，直逼敵核心陣地平古堆。
西集團：陳錫聯(lián)指揮，率中野第1、3縱隊和華野第13縱隊直迫雙堆集。
南集團：陳士榘指揮，率中野第6縱隊、陜南12旅、華野第3、7縱隊，直掠尖古堆。
雙堆集北面，從總前委指揮部小李家直到雙堆集前線，由華野魯中南縱隊防守，該縱隊作為預(yù)備隊準備策應(yīng)。
解放軍30萬大軍壓迫黃維兵團數(shù)萬殘兵，步步緊逼。12月10日攻克楊圍子，擊斃敵14軍軍長熊綬春，敵14軍全軍覆沒。
中野第6縱隊17旅49團1營和華野第3縱隊23團1營，即著名的“襄陽營”和“洛陽營”，合力會攻黃維兵團的前門——馬莊，一舉殲滅國民黨著名的“威武團”，即10軍114師54團，占領(lǐng)了由大炮、坦克、子母堡構(gòu)成嚴密防御的核心據(jù)點。黃維見大勢已去，開始焚燒文件，并命令他的警衛(wèi)團全力反擊，企圖奪回陣地，而兵團的后門——尖古堆，爭奪戰(zhàn)正在更激烈地進行。
殘酷的拉鋸戰(zhàn)在尖古堆周圍200米之內(nèi)覆蓋了一層尸體，尖古堆高出一馬平川的地面十幾公尺，站在上面，四周田野村莊盡收眼底，險兵惡陣一覽無余。尖古堆上原先構(gòu)筑的堅固工事已被炮火夷為平地。國民黨軍用尸體壘起了一道長達150余米的半人多高的弧形“圍墻”。
中野第6縱隊將士們已掃平了尖古堆外圍的敵軍工事，現(xiàn)在輪到華野第7縱隊的61、62團攻擊。堅守尖古堆的是敵18軍118師354團，敵人施放毒彈。劉伯承有破毒氣的妙法，他命令進攻尖古堆的部隊，尿濕毛巾，捂住鼻口。毒氣彈失靈了。尖古堆前的槍聲、爆炸聲、喊殺聲震耳欲聾。解放軍終于攻克了尖古堆。敵人失掉了制高點，使整個雙堆集敵軍處在解放軍的直接威脅下。
12月12日，劉伯承、陳毅發(fā)出《促黃維立即投降書》：
黃維將軍：現(xiàn)在你所屬的4個軍，業(yè)已大部被殲。
……你的整個兵團全部殲滅，只是幾天的事。而你們希望的援兵孫元良兵團，業(yè)已全殲?！钛幽瓯鴪F被我軍阻擊，尚在80里之外，……你身為兵團司令，應(yīng)愛惜部屬的生命，立即放下武器，不再讓你的官兵作無謂犧牲。
那黃維仍然拒降。黃維、胡璉等在解放軍攻占尖古堆時，匆匆撤到平古堆。
12月15日，黃維決定夜間全線突圍。胡璉提出“四面開弓，全線出擊，覓縫鉆隙，沖出重圍”的策略；黃維部署了突圍的方案，決定黃昏后6時行動，并電報蔣介石。不料蔣介石聞報大驚，特派空軍副司令王叔銘飛來雙堆集上空，傳達蔣介石口諭：“夜間突圍飛機無法轟炸支援，你的突圍計劃必須改變?！?br/>
黃維對胡璉說：“四面共軍已可東西對答南北呼應(yīng)，哪還等到明天。將在外，君命有所不受?！庇谑菦Q定違背蔣介石的命令。
當夜突圍為時晚了。解放軍的炮彈落在了敵戰(zhàn)車營，幾十輛坦克移動疏散，驚慌失措的黃維兵團官兵頓作鳥獸散。至15日24時，黃維兵團全部被殲。黃維和副司令官吳紹周被活捉。胡璉趁混亂之機逃往蚌埠。至此，沿海戰(zhàn)役第二階段勝利結(jié)束。
黃維兵團被殲，杜聿明集團孤立無援，已成甕中之鱉。
毛澤東于12月16日對總前委發(fā)出指示：“從即日起，兩星期內(nèi)對包圍的杜聿明匪部不作最后殲滅之部署，以便蔣介石在毛澤東施緩兵之計，要求總前委對杜聿明集團圍而不殲，制造一種緩和的態(tài)勢，使蔣介石產(chǎn)生解放軍只能包圍，而不能吃掉杜聿明的錯覺，從而將人民解放軍東北野戰(zhàn)軍迅速調(diào)入關(guān)內(nèi)，與華北野戰(zhàn)軍合力圍殲國民黨軍華北部隊。華北傅作義的60多萬軍隊正在收縮兵力，企圖海運南逃或西竄綏遠。
毛澤東給蔣介石吃了定心丸，果然不出所料，蔣介石猶豫不決，沒有把華北傅作義大軍從塘沽撤到上海。而林彪的數(shù)十萬大軍出敵不意，入關(guān)占領(lǐng)塘沽和新保安，切斷了盤踞在北平、天津一線的傅作義部的東西逃路，完成了對華北傅作義部隊的戰(zhàn)略包圍。傅作義再想從東西兩頭撤逃，已經(jīng)來不及了。
毛澤東對被圍困中的杜聿明集團實行政治勸降。12月17日，毛澤東以中原人民解放軍司令部名義寫了《敦促杜聿明等投降書》：
杜聿明將軍、邱清泉將軍、李彌將軍和邱、李兩兵團諸位將軍、師長、團長：
你們現(xiàn)在已經(jīng)到了山窮水盡的地步。黃維兵團已在15日晚全軍覆沒，李延年兵團已掉頭南逃。你們想和他們靠攏是沒有希望了。你們想突圍嗎？四面八方都是解放軍，怎么突得出去呢？你們這幾天試著突圍，有什么結(jié)果呢？
你們的飛機坦克也沒有用。我們的飛機坦克比你們多，這就是大炮和炸藥。人們叫這些做土飛機、土坦克，難道不是比較你們的洋飛機、洋坦克要厲害十倍嗎？你們的孫元良兵團已經(jīng)完了，剩下你們兩個兵團，也已傷俘過半。你們雖然把徐州帶來的許多機關(guān)閑雜人員和青年學(xué)生，強迫編入部隊，這些人怎么能打仗呢？十幾天來，在我們的層層包圍和重重打擊下，你們的陣地大大地縮小了。你們只有那么一點地方，橫直不過十幾華里，這樣多人擠在一起，我們一顆炮彈就能打你們一堆人。你們的傷兵和隨軍家屬，跟著你們叫苦連天。你們的士兵和很多干部，大家都不想打了。你們當副總司令的，當兵團司令的，當軍長師長團長的，應(yīng)當體恤你們的部下和家屬的心情，愛惜他們的生命，早一點替他們找一條生路，別再叫他們作無謂的犧牲了。
現(xiàn)在黃維兵團已被全部殲滅，李延年兵團向蚌埠逃跑，我們可以集中幾倍于你們的兵力來打你們。我們這次作戰(zhàn)才40天，你們方面已經(jīng)失敗了黃伯韜10個師，黃維11個師，孫元良4個師，馮治安4個師，孫良試2個師，劉汝明1個師，宿縣1個師，靈壁1個師，你們總共喪失了34個整師。其中除何基灃、張克俠率3個半師起義，廖運周率1個師起義，孫良誠率1個師投誠，趙壁光、黃子華各率半個師投誠以外，其余27個半師，都被本軍全部殲滅了。黃伯韜兵團、黃維兵團和孫元良兵團的下場，你們已經(jīng)親眼看列了。你們應(yīng)當學(xué)習(xí)長春鄭洞國將軍的榜樣，學(xué)習(xí)這次孫良誠軍長、趙壁光師長、黃子華師長的榜樣，立即下令全軍放下武器，停止抵抗，本軍可以保證你們高級將領(lǐng)和全體官兵的生命安全。只有這樣，才是你們的唯一出路，你們想一想吧！如果你們覺得這樣好，就這樣辦，如果你們還想打一下，那就再打一下，總歸你們是要被解決的。
這篇《敦促杜聿明等投降書》通過解放軍前沿陣地向被圍的杜聿明所部官兵廣播，同時在各個陣地前沿普遍開展火線勸降工作。蔣軍下層軍官和士兵，開始成班成排，后來發(fā)展到整連、整營地向解放軍投誠，先后投誠者達1．4萬人。
12月22日，毛澤東指示淮海前線司令部，只要杜部不大舉突圍，應(yīng)休息到1949年1月5日左右開始攻擊，較為適宜。
“我是陳毅，敵人3個兵團，正采取東、西、北三面掩護一面南攻的戰(zhàn)法，要向南打過去同黃維會師，你們必須對癥下藥，實行東、西、北三面猛攻，南面全線堅守的戰(zhàn)法，就可使敵人的圍圈迅速縮小，然后再從容收拾它！”
張震聽到陳毅的聲音，甚為高興，自從陳毅6月份奉命去中野工作，半年多沒有見面，也沒有電話聯(lián)系。他立即回答說：“司令員，你放心，我們一定照你的命令辦。”
陳毅又說：“重點要注意南面，決不能讓它沖出去。敵人要沖擊，就給它狠打猛揍，叫它痛得要命，它就老實了。我們這里正收拾黃維這個老冤家識世界和改造世界具有重要意義。，你們那里一定要把杜聿明看住，絕不能讓他跑了。”
“好！好！我們保證！請你放心，請劉司令員、鄧政委放心！”張震口氣堅決。
蔣軍邱清泉兵團以45、46師為前鋒，集中5個團以上的兵力，向南滾進；李彌、孫元良兩兵團在東西兩側(cè)逐次跟進?；幢逼皆?、東起張壽樓、西迄趙破樓，北自袁圩，南止李石林，由炮火和拼殺形成一股方圓40余里的戰(zhàn)爭臺風(fēng)，向南方緩緩移動。密集的炮火所及，房倒屋塌，草木焦萎，天昏地暗，日月無光。12月6日“臺風(fēng)”艱難地向南推進到陳官莊地區(qū)，就只能原地打轉(zhuǎn)了。
邱清泉一臉怒氣，和孫元良來見杜聿明，火爆爆地說：“要重新考慮一下戰(zhàn)略！”杜聿明便同邱清泉、孫元良、李彌一起商量下一步如何行動。
孫元良道：“總座，目前共匪東北野戰(zhàn)軍已南下，而我們攻擊進展遲緩，掩護陣地又多被突破，再戰(zhàn)下去前途并不樂觀。唯今之計，只有輕裝突圍才是一條生路，將在外，君命有所不受。目前只有請總座獨斷專行，才可挽救大軍?！?br/>
邱清泉擊節(jié)叫道：“我同意良公意見！”
杜聿明問李彌：“丙仁呢？”
李彌沉吟半晌，道：“請總座決定，我照命令辦?！?br/>
杜聿明又氣又恨，站起來說：“是呀，‘將在外，君命有所不受，。你們?nèi)绻?天前說這話，還可以全師而歸，對得起老頭子，今天恐怕晚了！既違命令，又不能全師，有何臉面去見老頭子！”
最后商定，這日晚上3個兵團從東、西、南3個方向全線突圍。
孫元良性急，突圍心切，命令部隊將重武器和裝甲運輸車悉數(shù)破壞，把炮兵牽引騾馬改為乘騎，鉆隙迂回。孫元良3個軍從邱清泉兵團5軍陣地越過王引河，潛躍而出，但在薛家湖一帶遭解放軍迎頭痛擊，孫元良掉頭回宿，夜幕之中又誤遭5軍強烈火力阻射。頓時死傷枕藉哀嚎徹夜，1萬余人或死或傷或擒，1．6萬多人潰散，兵團參謀長張益熙被擊斃。軍長胡臨聰、汪匣鋒，副軍長陳遠湘、李家英、師長張光漢、陳玲等被俘。孫元良率領(lǐng)少數(shù)衛(wèi)士向西南逃跑，結(jié)果被解放軍沖散，衛(wèi)士跑光了，只剩下他一人，見到處是解放軍，乃趴到老百姓床底下，未被解放軍搜索戰(zhàn)士發(fā)現(xiàn)而幸免。爾后趁老百姓家中無人，脫去軍衣?lián)Q上老百姓衣服，晝伏夜行，最后僥幸逃到武漢。
孫元良第十六兵團一夜之間灰飛煙消。
邱李兩兵團調(diào)整部署后，乃合力南攻。邱清泉建議以他的“集團沖鋒”對付解放軍的“人海戰(zhàn)術(shù)”：每次攻擊集中5個師以上的兵力，以坦克為先導(dǎo)，蜂擁出擊，以傾天裂地之勢，一舉撕破解放軍的防御。于是，連犯劉樓，郭樓、李樓、孫莊等村，然而進至魯樓這個僅有72戶人家的村莊，被華野第10縱29師遏住，未能越雷池一步。
粟裕在電話里向29師傳達總前委的指示，詢問陣地情況。29師已傷亡近半，有的連隊只剩下三四個人，但肖鋒師長堅定地說：“請粟司令轉(zhuǎn)告總前委首長，人在陣地在，我們決不后退一步！”
魯樓阻擊戰(zhàn)堅持了10晝夜，杜聿明集團終于未能前進一步。
南攻失敗，邱清泉和李彌都付出了相當大的代價。向來穩(wěn)重的李彌狂怒，下命槍斃了失守高窯的團長。杜聿明見突圍無望，決定就地固守。他連連電告蔣介石，速調(diào)大軍前來增援。華野將士乘勢縮緊包圍圈，加固工事，將杜聿明集團重重疊疊地包圍在陳官莊地區(qū)。
小李家的總前委指揮部劉、鄧、陳見華野已經(jīng)把杜聿明集團圍困，認為已到了解決雙堆集黃維兵團的時候，遂于12月5日下達了對黃維兵團的總攻命令。
甲：從明（六日）午后4時半起，開始全線對敵總攻擊，不得以任何理由再事推遲。
乙：陳、謝集團務(wù)殲沈莊、張圍子、張莊地區(qū)之敵；
錫聯(lián)集團務(wù)殲三官廟、馬圍子、玉皇廟、許莊地區(qū)之敵；
王、杜集團務(wù)殲雙堆集以南王皇廟、趙莊，及以西前周莊、宋莊之敵，并各控制上述地區(qū)，然后總攻雙堆集，全殲敵人。
丙：總攻戰(zhàn)斗發(fā)起后，應(yīng)進行連續(xù)攻擊，直到達成上述任務(wù)為止，不得停止或請求推遲。
?。焊鞑坎幌ё畲鬆奚?，保證完成任務(wù)，并須及時自動的協(xié)助友部爭取勝利。
戊：對于臨陣動搖貽誤戰(zhàn)機分子，各兵團各縱隊首長有執(zhí)行嚴格紀律之權(quán)，不得姑息。
這個嚴厲的總攻擊令由總前委作戰(zhàn)室直接用電話傳達到一線部隊。
6日下午4時30分，總攻在猛烈的炮聲中全線展開。
東集團：陳賡、謝富治率領(lǐng)中野第4、9、11縱隊及豫皖蘇獨立旅、華野特縱炮兵一部，向沈莊、張莊一線奮起沖鋒。
西集團：陳錫聯(lián)指揮中野第1、3縱隊和華野第13縱隊、特縱炮兵一部向三官廟、許莊一線發(fā)起攻擊。
南集團：王近山、杜義德指揮中野第6縱隊、華野第7縱隊、陜南第12旅，向周莊一帶進攻。
中野從艱苦的阻擊戰(zhàn)到此刻發(fā)起總攻，已傷亡2萬余名將士。但整個部隊在劉、鄧首長“打下黃維，直搗南京，解放全中國”的決戰(zhàn)號令下，個個奮勇拚殺。經(jīng)轉(zhuǎn)戰(zhàn)大別山，在嚴酷戰(zhàn)爭環(huán)境中錘煉出來的鋼鐵戰(zhàn)士，同用美式裝備武裝起來的黃維兵團拉開了殊死戰(zhàn)的帷幕。陜南第12旅35團1營和敵人反復(fù)10余次爭奪小李莊，200多名官兵戰(zhàn)到最后40個人，而倒在他們腳下的敵人尸體達1000多具。
黃維兵團副司令胡璉，決定實施他的“刺猬脹蛇法”，命令各部緊縮猬集，以家屋為核心，以地堡群為骨干，依托堅固工事，夜間堅持抗擊，白天則在飛機、坦克、大炮的配合下，突襲反攻。
解放軍各集團集中優(yōu)勢兵力，進行重點連續(xù)攻擊，煙塵滾滾，激戰(zhàn)猶酣。解放軍4個營攻占了大王莊，將敵85軍的1個團擊退。敵人調(diào)18軍的“老虎團”向大王莊沖鋒。他們不僅成群地上，單個也上，有炮上，沒炮也上，槍打得準，拚刺刀也行。解放軍4個營的指戰(zhàn)員利用斷墻、壕溝，打退了他們的15次沖鋒。最后敵“老虎團”全團覆滅，只剩下孫團長一人，他滿身污血、跌跌撞撞地步回師部，遇見了胡璉。胡璉逼他自殺。那孫團長顫顫抖抖地摸出腰帶上的手槍，向纏滿繃帶的頭顱舉去。隨著一聲槍聲。他倒在胡璉腳下。
解放軍也付出了巨大的犧牲。中野第6縱隊46團3營只剩下營長1人，仍堅守在大王莊陣地上，其他3個營也大部犧牲。華野第7縱隊首長為保住大王莊陣地，將縱隊警衛(wèi)連調(diào)上去。敵人將18軍的汽車兵、后勤兵、伙夫、馬夫調(diào)上來沖鋒，但這些人不經(jīng)打，他們雖然人多，還是被打下去了。
原被解放軍擊退的敵85軍那個團，趴在掩體里看“老虎團”同解放軍爭奪大王莊，見他們的部隊被打完了，那個團長放下望遠鏡，說：“弟兄們，莫打了，咱們投降吧！”當夜，他們向華野第7縱隊繳了械。
蔣介石派他的二公子蔣緯國率戰(zhàn)車2團100余輛坦克前往蚌埠督戰(zhàn)。
毛澤東、粟裕曾試圖于徐東割殲邱清泉、李彌兵團而未果，便遣華野第2、6、10、11、13縱隊等部及江淮軍區(qū)獨立旅直奔李延年而來。李延年、劉汝明到底熟諳軍機，看華野重兵來襲，便急電報告國防部，迅速率部南撤，并炸毀澮河鐵路橋，然后龜縮淮河一線，再也不敢北越雷池。蔣介石制定的“南北對進，三軍會師，打通徐蚌”的戰(zhàn)略計劃雖未實現(xiàn)，但得以全師蚌埠，也深為慶幸。
李延年所部本是徐州“剿總”第九綏靖區(qū)建制，劉汝明所部是第四綏靖區(qū)建制。東北戰(zhàn)役，國民黨軍被殲，李延年得東北“剿總”的第六兵團番號，劉汝明得東北“剿總”第八兵團番號。李、劉分別把綏靖區(qū)改為兵團。李延年第六兵團下轄39、54、96、99軍，其中54、39軍是從葫蘆島撤出來的。李延年4個軍都是蔣介石嫡系，裝備優(yōu)良，頗能沖殺。劉汝明第八兵團下轄55、68軍。這兩個軍曾被解放軍殲擊過，但劉汝明是雜牌軍，怕蔣介石整肅，不敢實報傷亡情況，虛額甚大。
12月4日，李、劉兩兵團傾剿而出，與蔣緯國的戰(zhàn)車2團相互助威，兇焰萬丈。而阻擋他們的僅中野第2縱隊和華野第6縱隊的數(shù)萬將士。
陳毅在小李家給華野第6縱隊司令王必成、政委江渭清寫信，他知道第6縱隊打得很苦，部隊很疲困，但又抽不出力量來，只有鼓勵指揮員沉著、鎮(zhèn)定、堅毅，靈活地應(yīng)付可能發(fā)生的一切，要有犧牲大部的決心，與敵人拚斗。王必成、江渭清、皮定均沒有辜負陳毅的囑托，指揮部隊以血肉之軀筑起了一道長城，一次又一次地頂住了如洪水般卷來的敵人。
蔣緯國在第一線督戰(zhàn)得手，12月5日占領(lǐng)仁和集、周家口，9日進至火星廟一線。但好景不長，華野渤?？v隊11師和豫皖蘇軍區(qū)地方武裝5個團陸續(xù)開到，配合中野第2縱隊、華野第6縱隊頑強阻擊，國民黨軍攻擊浪頭就像撞上了礁石，被碰了回去，僅李延年兵團死傷達1．5萬多人。蔣緯國忽然接到南京統(tǒng)帥部來電，命令他的戰(zhàn)車2團撤出戰(zhàn)斗，聽候差遣。蔣緯國帶戰(zhàn)車2團退出戰(zhàn)場，李、劉兵團北進，以失敗而告結(jié)束。
劉伯承、陳毅、鄧小平剛在指揮部內(nèi)研究完南線阻擊李延年、劉汝明的戰(zhàn)況，又分乘吉普車出小李家直開雙堆集戰(zhàn)場前沿。車在一處路口停下，他們步行親臨戰(zhàn)場，直接觀察第一線激戰(zhàn)。
劉、陳、鄧回到指揮部，指示粟裕抽調(diào)3個縱隊參加雙堆集會戰(zhàn)。粟裕即命參謀長陳士榘率華野第3、11縱隊和魯中南縱隊星夜南下。艱苦的殲黃作戰(zhàn)由8個縱隊增加到11個縱隊?？偳拔⒓凑{(diào)整部署。
東集團：陳賡指揮，率中野第4、9、11縱隊和豫皖獨立旅，攻擊敵10軍、14軍殘部，直逼敵核心陣地平古堆。
西集團：陳錫聯(lián)指揮，率中野第1、3縱隊和華野第13縱隊直迫雙堆集。
南集團：陳士榘指揮，率中野第6縱隊、陜南12旅、華野第3、7縱隊，直掠尖古堆。
雙堆集北面，從總前委指揮部小李家直到雙堆集前線，由華野魯中南縱隊防守，該縱隊作為預(yù)備隊準備策應(yīng)。
解放軍30萬大軍壓迫黃維兵團數(shù)萬殘兵，步步緊逼。12月10日攻克楊圍子，擊斃敵14軍軍長熊綬春，敵14軍全軍覆沒。
中野第6縱隊17旅49團1營和華野第3縱隊23團1營，即著名的“襄陽營”和“洛陽營”，合力會攻黃維兵團的前門——馬莊，一舉殲滅國民黨著名的“威武團”，即10軍114師54團，占領(lǐng)了由大炮、坦克、子母堡構(gòu)成嚴密防御的核心據(jù)點。黃維見大勢已去，開始焚燒文件，并命令他的警衛(wèi)團全力反擊，企圖奪回陣地，而兵團的后門——尖古堆，爭奪戰(zhàn)正在更激烈地進行。
殘酷的拉鋸戰(zhàn)在尖古堆周圍200米之內(nèi)覆蓋了一層尸體，尖古堆高出一馬平川的地面十幾公尺，站在上面，四周田野村莊盡收眼底，險兵惡陣一覽無余。尖古堆上原先構(gòu)筑的堅固工事已被炮火夷為平地。國民黨軍用尸體壘起了一道長達150余米的半人多高的弧形“圍墻”。
中野第6縱隊將士們已掃平了尖古堆外圍的敵軍工事，現(xiàn)在輪到華野第7縱隊的61、62團攻擊。堅守尖古堆的是敵18軍118師354團，敵人施放毒彈。劉伯承有破毒氣的妙法，他命令進攻尖古堆的部隊，尿濕毛巾，捂住鼻口。毒氣彈失靈了。尖古堆前的槍聲、爆炸聲、喊殺聲震耳欲聾。解放軍終于攻克了尖古堆。敵人失掉了制高點，使整個雙堆集敵軍處在解放軍的直接威脅下。
12月12日，劉伯承、陳毅發(fā)出《促黃維立即投降書》：
黃維將軍：現(xiàn)在你所屬的4個軍，業(yè)已大部被殲。
……你的整個兵團全部殲滅，只是幾天的事。而你們希望的援兵孫元良兵團，業(yè)已全殲?！钛幽瓯鴪F被我軍阻擊，尚在80里之外，……你身為兵團司令，應(yīng)愛惜部屬的生命，立即放下武器，不再讓你的官兵作無謂犧牲。
那黃維仍然拒降。黃維、胡璉等在解放軍攻占尖古堆時，匆匆撤到平古堆。
12月15日，黃維決定夜間全線突圍。胡璉提出“四面開弓，全線出擊，覓縫鉆隙，沖出重圍”的策略；黃維部署了突圍的方案，決定黃昏后6時行動，并電報蔣介石。不料蔣介石聞報大驚，特派空軍副司令王叔銘飛來雙堆集上空，傳達蔣介石口諭：“夜間突圍飛機無法轟炸支援，你的突圍計劃必須改變?！?br/>
黃維對胡璉說：“四面共軍已可東西對答南北呼應(yīng)，哪還等到明天。將在外，君命有所不受?！庇谑菦Q定違背蔣介石的命令。
當夜突圍為時晚了。解放軍的炮彈落在了敵戰(zhàn)車營，幾十輛坦克移動疏散，驚慌失措的黃維兵團官兵頓作鳥獸散。至15日24時，黃維兵團全部被殲。黃維和副司令官吳紹周被活捉。胡璉趁混亂之機逃往蚌埠。至此，沿海戰(zhàn)役第二階段勝利結(jié)束。
黃維兵團被殲，杜聿明集團孤立無援，已成甕中之鱉。
毛澤東于12月16日對總前委發(fā)出指示：“從即日起，兩星期內(nèi)對包圍的杜聿明匪部不作最后殲滅之部署，以便蔣介石在毛澤東施緩兵之計，要求總前委對杜聿明集團圍而不殲，制造一種緩和的態(tài)勢，使蔣介石產(chǎn)生解放軍只能包圍，而不能吃掉杜聿明的錯覺，從而將人民解放軍東北野戰(zhàn)軍迅速調(diào)入關(guān)內(nèi)，與華北野戰(zhàn)軍合力圍殲國民黨軍華北部隊。華北傅作義的60多萬軍隊正在收縮兵力，企圖海運南逃或西竄綏遠。
毛澤東給蔣介石吃了定心丸，果然不出所料，蔣介石猶豫不決，沒有把華北傅作義大軍從塘沽撤到上海。而林彪的數(shù)十萬大軍出敵不意，入關(guān)占領(lǐng)塘沽和新保安，切斷了盤踞在北平、天津一線的傅作義部的東西逃路，完成了對華北傅作義部隊的戰(zhàn)略包圍。傅作義再想從東西兩頭撤逃，已經(jīng)來不及了。
毛澤東對被圍困中的杜聿明集團實行政治勸降。12月17日，毛澤東以中原人民解放軍司令部名義寫了《敦促杜聿明等投降書》：
杜聿明將軍、邱清泉將軍、李彌將軍和邱、李兩兵團諸位將軍、師長、團長：
你們現(xiàn)在已經(jīng)到了山窮水盡的地步。黃維兵團已在15日晚全軍覆沒，李延年兵團已掉頭南逃。你們想和他們靠攏是沒有希望了。你們想突圍嗎？四面八方都是解放軍，怎么突得出去呢？你們這幾天試著突圍，有什么結(jié)果呢？
你們的飛機坦克也沒有用。我們的飛機坦克比你們多，這就是大炮和炸藥。人們叫這些做土飛機、土坦克，難道不是比較你們的洋飛機、洋坦克要厲害十倍嗎？你們的孫元良兵團已經(jīng)完了，剩下你們兩個兵團，也已傷俘過半。你們雖然把徐州帶來的許多機關(guān)閑雜人員和青年學(xué)生，強迫編入部隊，這些人怎么能打仗呢？十幾天來，在我們的層層包圍和重重打擊下，你們的陣地大大地縮小了。你們只有那么一點地方，橫直不過十幾華里，這樣多人擠在一起，我們一顆炮彈就能打你們一堆人。你們的傷兵和隨軍家屬，跟著你們叫苦連天。你們的士兵和很多干部，大家都不想打了。你們當副總司令的，當兵團司令的，當軍長師長團長的，應(yīng)當體恤你們的部下和家屬的心情，愛惜他們的生命，早一點替他們找一條生路，別再叫他們作無謂的犧牲了。
現(xiàn)在黃維兵團已被全部殲滅，李延年兵團向蚌埠逃跑，我們可以集中幾倍于你們的兵力來打你們。我們這次作戰(zhàn)才40天，你們方面已經(jīng)失敗了黃伯韜10個師，黃維11個師，孫元良4個師，馮治安4個師，孫良試2個師，劉汝明1個師，宿縣1個師，靈壁1個師，你們總共喪失了34個整師。其中除何基灃、張克俠率3個半師起義，廖運周率1個師起義，孫良誠率1個師投誠，趙壁光、黃子華各率半個師投誠以外，其余27個半師，都被本軍全部殲滅了。黃伯韜兵團、黃維兵團和孫元良兵團的下場，你們已經(jīng)親眼看列了。你們應(yīng)當學(xué)習(xí)長春鄭洞國將軍的榜樣，學(xué)習(xí)這次孫良誠軍長、趙壁光師長、黃子華師長的榜樣，立即下令全軍放下武器，停止抵抗，本軍可以保證你們高級將領(lǐng)和全體官兵的生命安全。只有這樣，才是你們的唯一出路，你們想一想吧！如果你們覺得這樣好，就這樣辦，如果你們還想打一下，那就再打一下，總歸你們是要被解決的。
這篇《敦促杜聿明等投降書》通過解放軍前沿陣地向被圍的杜聿明所部官兵廣播，同時在各個陣地前沿普遍開展火線勸降工作。蔣軍下層軍官和士兵，開始成班成排，后來發(fā)展到整連、整營地向解放軍投誠，先后投誠者達1．4萬人。
12月22日，毛澤東指示淮海前線司令部，只要杜部不大舉突圍，應(yīng)休息到1949年1月5日左右開始攻擊，較為適宜。
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