淮海之戰是在以徐州為中心的廣闊地區進行的，東起海洲，西至商丘，北至林城（今雪城），南至淮河。參加這次戰役的有華東、中原兩支野戰軍、華東和中原兩軍，金雞-河北陸泸軍區的部分部隊，共計約60萬人。濟南戰役後，國民黨軍隊在徐州周邊地區集結了大批部隊，企圖利用在徐州相遇的金浦和隴海兩條鐵路線的條件，友善機動增援，并利用重兵封鎖的方式阻止解放軍南下移動。 進而鞏固江淮和屏障南京。徐州總司令劉志、副總司令杜玉明指揮的四個軍（杜某從東北逃回後，11月初被任命為徐州副總司令兼前方司令部司令）、黃柏濤、邱慶泉、李密、孫元良四軍，以及鳳治安安安綏靖區四支部隊， 李延年、劉璐明、周璧，以及從華中前來增援的黃魏軍，戰役中從東北戰場撤退到蚌埠的兩支軍隊，以及從長江中遊增援到浦口的兩支軍隊，總兵力近80萬人。其中，大多數是國民黨軍隊的主力部隊和精銳部隊。
由于國民黨軍隊在敵與自身力量的平衡方面在這方面仍具有相對優勢，如何實作攻占徐州、當場殲滅敵人的計劃，已成為中央軍委和前線指揮員共同關心的問題。濟南之戰接近尾聲時，華東野戰軍代理司令員蘇瑜向中央軍委提議舉行淮海戰役，主張在淮陰、淮安、海州、連雲港等地進攻殲滅國民黨軍隊，為攻占徐州創造條件。中央軍委接受這一建議，于10月11日下達了《淮海戰役作戰指針》的訓示，指出第一階段戰役的重點是集中力量殲滅國民黨劉志集團強大的右翼勢力黃柏濤軍。鑒于敵軍密集、機動性強的特點，要求半數以上的兵力作為轉移和封鎖，從東北威脅徐州，讓秋清泉和李米的兩個兵團不敢全力出手援東。10月22日，中央軍委訓示中原野戰軍一抓鄭州就向東進軍，與華東野戰軍緊密配合，孤立徐州。11月初，根據遼沈戰役的勝利和中原戰場的變化，中央軍委采納了華東和中原野戰軍司令員的建議，決定擴大原淮海戰役的規模，由華東野戰軍主力部隊繼續進攻黃柏濤的兵團， 然後動主力攻擊金浦路;它以中原野戰軍主力，迅速攻占了徐州以南的蘇縣（今蘇州），控制了徐州與蚌埠之間的鐵路線，兩軍聯手殲滅淮河以北的劉志集團主力部隊，再殲滅長江以北的其餘部隊。11月16日，中央軍委指出，淮海戰役是南線一場史無前例的戰鬥，"這次勝利不僅将決定長江以北的局勢，而且将基本解決全國局勢。為了協調這次戰役的進行和前線的地方事務，中央軍委決定由劉勃成、陳毅、鄧小平、蘇宇、譚振林組成一個由曾經的敵人組成的總委員會，劉伯成、陳毅、鄧小平為常委，當場處理一切。鄧小平曾任總書記。
淮海戰役于11月6日發起，是11月22日戰役的第一階段。這一階段，華東野戰軍在冀莊圍地區殲滅了黃柏濤軍約10萬人，并擊斃了軍長黃柏濤。11月8日，第三遂靜區副總司令員（均為共産黨地下黨員）何繼峰、張克霞按照華東野戰軍的計劃，率領三個半師約2.3萬人起義，為戰役的順利進行創造了極為有利的條件。11月15日，中原野戰軍攻占了蘇仙，并與華東野戰軍一起切斷了徐明防線，完成了對徐州的圍攻。
11月23日至12月15日，是淮海戰役的第二階段。這一階段，中原野戰軍和華東野戰軍的一部分在蘇縣西南部雙堆積地包圍并殲滅了東岐山援的黃偉軍約12萬人，俘虜了軍長黃偉。其中一個師在地下共産黨員廖雲舟的上司下起義。當杜玉明的徐州國民黨軍30萬三軍向西突圍時，華東野戰軍主力在永城東北的城關莊地區包圍了這個敵人，殲滅了孫元良的兩個軍約4萬人的大部分。
1949年12月16日至1月10日，是淮海戰役的第三階段。在這一階段，淮海前線人民解放軍聽從中央軍委的訓示，暫停了對杜玉明集團的攻擊，以穩定平津國民黨軍隊，防止他們迅速作出南下撤退的決定。其中，華東野戰軍轉向戰場休養，同時對國民黨軍隊發動了強大的政治攻勢，敦促杜玉明率軍投降;中原野戰軍在素賢縣、孟城、渤陽等地集結休息和待命。這時，戰區恰逢大雪，空運急劇減少，杜布糧草被割斷，饑寒寒，軍心震動，官兵整排、全連、全營投降。但杜玉明等進階将領仍然拒絕投降。1949年1月6日，華東野戰軍對杜玉明的部隊發動總攻，經過四天的激烈戰鬥，10日，邱清泉、李密兩軍被約20萬人殲滅，俘虜了杜玉明，殺死了邱慶泉，隻有李瑜等人逃脫。至此，淮海之戰以一場大勝收場。
淮海戰役是解放戰争戰略決戰三大戰役中的第二場重大戰役，也是敵軍在戰場上比較具有相對優勢的戰役。在戰役中，經過66天的激烈艱苦戰鬥，人民解放軍殲滅了國民黨軍55.5萬人，其中包括國民黨軍"五大軍"之一的第五軍和第十八軍。這次勝利基本上解放了長江以北的東部和中部平原，直接暴露了國民黨反動統治的中心地區南京和上海，暴露在人民解放軍的鐵腕之下，為解放軍渡河創造了極其有利的條件。