第一阶段（１１月６日至２２日），歼灭黄伯韬兵团，攻占宿县，孤立徐州。１９４８年１１月６日晚，华东野战军按预定计划向新安镇地区的黄伯韬兵团发起进攻。７日晨，黄兵团自新安镇地区沿陇海铁路西撤，华东野战军立即展开猛烈追击、截击。在追击黄兵团的作战中，第９纵队“潍县团”２连１排共产党员范学福等１０名勇士，用身体架起一座人桥，保证追击部队顺利通过１０米宽的沂河，创造了“十人桥”的壮举。８日，第３绥区副司令官、中共地下党员何基沣、张克侠率３个半师共２．３万人在贾汪、台儿庄起义，为人民解放军迅速截断黄伯韬兵团的退路创造了有利条件。至１１日，华东野战军将黄兵团合围于碾庄圩及其周围约１８平方公里的地区内。激战至１１月２２日，全歼被包围于碾庄地区的黄伯韬兵团。黄伯韬自杀身亡。中原野战军于１１月１５日攻克宿县，隔断了徐蚌联系，孤立了徐州，并将由平汉路东援的黄维 兵团阻止于宿县西南的南坪集地区。

　　第二阶段（１１月２３日至１２月１５日），歼灭黄维兵团，合围杜聿明集团。中原野战军于１１月２５日将黄维兵团合围于以双堆集为中心的纵横各７．５公里的区域内。２７日，黄维集中４个主力师向东南方向突围被击退，其第８５军第１１０师师长、中共地下党员廖运周在突围中率部起义。华东野战军于１２月４日将由徐州撤退的杜聿明集团合围于陈官庄、青龙集、李石林一带，并于６日歼灭突围的孙元良兵团，仅孙元良率少数人脱逃。鉴于淮海战场态势，总前委决定采取“吃一个，挟一个，看一个”的方针，首先集中兵力吃掉黄维兵团，挟住杜聿明集团，看住由蚌埠北援的李延年、刘汝明两兵团。至１５日，中原野战军在华东野战军一部协同下，将黄维兵团１０万余人歼灭于双堆集地区，生俘黄维。

　　第三阶段（１２月１６日至翌年１月１０日），全歼杜聿明集团。首先为配合平津战役，淮海前线人民解放军根据中央军委部署，暂停对孤立无援、陷入绝境的杜聿明集团的军事攻击，进行战场休整和政治攻势。成批的国民党军士兵向解放军投诚，２０天内即达１．４万余人。当华北战场上完成对傅作义集团的分割包围后，华东野战军于１９４９年１月６日，对拒绝投降的杜聿明部发起总攻，至１０日将其全歼，生俘杜聿明，击毙邱清泉，李弥化装逃脱。至此，淮海战役结束。

　　战役期间，中共中央华东局、中原局和冀鲁豫分局全力组织支前工作。浩浩荡荡的支前大军日夜活跃在战场上。支前民工（包括随军民工、二线转运民工和后方临时民工）共５４３万人，担架２０．６万副，大小车辆８８．１万辆，挑子３０．５万副，牲畜７６．７万头，船８５３９只，汽车２５７辆，向前线运送弹药１４６０万斤、筹运粮食９．６亿斤，向后方转运伤员１１万余名，有力地保障了大规模作战的需要。

　　华东、中原两大野战军经过６６天的激烈作战，歼灭和争取起义、投诚国民党军１个“剿总”前进指挥部、５个兵团部、２２个军部、５６个师，共５５．５万余人，其中包括号称“五大主力”的第５军和第１８军。人民解放军伤亡１３万余人。至此，南线国民党军的精锐主力已被消灭，长江中、下游以北广大地区均获解放。人民解放军兵临长江北岸，国民党的政治经济中心南京、上海等地已处于人民解放军的直接威胁之下。毛泽东欣喜地指出，淮海战役的胜利，不但长江以北局面大定，即全国局面亦基本上解决。