东北地区是中国重工业最发达的地区和最大的产粮区，也是侵华日军最早侵占的地区。1945年日本战败投降后，东北即成为国共两党两军争夺的焦点。到1948年8月，东北解放区面积已占东北全境的97%，区内人口占东北总人口的86%。林彪指挥的东北野战军已拥有12个步兵纵队、1个炮兵纵队、1个铁道兵纵队、14个独立师和3个骑兵师共约70余万人，加上地方部队，东北解放军总兵力达105万人。
东北国军由国民党东北“剿总”总司令卫立煌上将指挥，辖有4个兵团，共计14个军44个师55万人，但已被分割在长春、沈阳、锦州三个互不相连的地区内，长春、沈阳的补给已全靠空运。其中，卫立煌率周福成第八兵团、廖耀湘第九兵团，共8个军24个师30万人，驻守沈阳及外围的本溪、抚顺、铁岭、新民地区，作为防御中枢，准备随时增援长春、锦州；东北“剿总”副总司令兼第一兵团司令郑洞国中将率第一兵团，共2个军6个师10万人，驻守长春孤城，以牵制东野主力；东北“剿总”副总司令兼锦州指挥所主任范汉杰上将率卢浚泉第六兵团，共4个军14个师15万人，驻守义县至秦皇岛一线，重点在锦州、锦西地区，以确保与关内的联系。
1948年3月，蒋介石计划把沈阳国军主力撤至锦州，以便与华北傅作义配合，进可以夺回东北，退可以撤往关内。而卫立煌则力主固守沈阳、长春、锦州三大战略要点，保全东北，待变而起。5月初，蒋介石又令卫立煌打通沈锦路，将主力撤到锦州。卫立煌还是不同意，并派第九兵团司令廖耀湘和参谋长赵家骧等人代表他赴南京见蒋，申述利害。但蒋介石的意见仍然是急于打通沈锦路，将主力撤到锦州，只留第五十三军与第六军之二○七师守沈阳。直到9月辽沈战役打响，国军统帅部对东北战略尚无统一决策，蒋、卫仍然在为打不打通沈锦线将主力撤到锦州的问题而争执不休。
为实现歼灭卫立煌集团的战略目的，毛泽东早在1948年2月7日，就致电东北野战军，提出“对我军战略利益来说，是以封闭蒋军在东北加以各个歼灭为有利”的设想。并要求东北野战军下一步考虑南下北宁线作战，截断敌军由陆上撤向关内的通路。毛泽东的主张，显然是先打锦州。但东北野战军司令员林彪考虑到部队只带了从后方南下锦州的单程汽油，后方运输线又过长，并担心华北傅作义集团由关内北上。于是，他决定先打离解放军后勤基地最近的长春，并得到毛泽东的批准。5月下旬，林彪以2个纵队试攻长春，却发现攻占长春并非像想象的那样容易，遂改用长困久围的方针。7月，林彪与东北局其他要员磋商后，最终下定南下作战的决心，并电告中共中央。毛泽东复电同意，并明确指出：“应当首先考虑对锦州、唐山作战。”9月7日又电示：“置长、沈两敌于不顾，专顾锦、榆、唐一头”。
根据毛泽东的指示，林彪决定留下部分兵力继续围困长春，主力南下，兵锋指向锦州。另以少数部队向长春方向佯动，以迷惑敌人。此间，卫立煌不曾察觉林彪大军的行动，尚在固守“三点”，以拖待变，各部均没有新的部署迹象。
9月12日，辽沈战役打响了。至29日，东北野战军先后攻克河北省的昌黎、北戴河和辽宁省的绥中、兴城，切断了辽西走廊，完成了对锦州的包围。10月1日，在孤立、包围锦州的同时，东野开始进攻锦州外围义县。激战4小时，全歼卢浚泉的第九十三军暂编第二师，占领义县。
此时，蒋介石正集中兵力应付华东战场的济南战役，顾了救济南，就顾不了援东北，只有令卫立煌经沈锦路出辽西，直接解锦州之围。卫又坚决反对这一案，认为锦州之围应由关内出兵直接解决，解围后与锦州部队会合出大凌河向大虎山攻击前进。这时沈阳主力西出与东进之部队会师，所以就未执行蒋的命令。
9月24日，锦州范汉杰急电向蒋求援，蒋介石才召卫立煌到南京开会，迫令卫立煌由沈阳出兵支援锦州，卫仍然拒绝接受。最后，蒋介石决定空运四十九军到锦州增援，但9月28日机场被解放军炮火封锁，空运中断。另一方面仍强要卫立煌由沈阳向沈锦线攻击前进，并派参谋总长顾祝同到沈阳督战。顾祝同在沈阳期间，曾一再召集东北将领会议，要求迅速出兵以解锦州之围，但卫立煌坚决反对执行这项命令，认为有全军覆灭的危险。第九兵团司令廖耀湘提出：乘东北解放军主力攻击锦州时，将沈阳主力撤至营口地区。而顾祝同未得蒋介石同意也决不敢同意撤至营口。最后，顾祝同见卫立煌出兵无望，只好回南京向蒋复命。
蒋介石得到顾祝同的汇报后非常愤怒，于10月2日飞抵沈阳，召集军事会议，决定从华北和山东海运4个军11个师组成“东进兵团”，由华北第十七兵团司令侯镜如指挥；以沈阳地区的5个军11个师和3个骑兵旅，组成“西进兵团”，由第九兵团司令廖耀湘指挥，准备东西对进，以解锦州之围。
就在蒋介石飞抵沈阳的同一天，即10月2日清晨，东北野战军总部的列车到达郑家屯以西。这时，林彪得到报告，在葫芦岛，敌军新来了4个师。林彪担心锦州未攻下便受到沈阳、锦西、葫芦岛三方援敌夹击，到时部队将陷入危局。
10月3日清晨，林彪与政委罗荣桓、参谋长刘亚楼紧急磋商。林彪说：“只准备了一桌菜，突然来了两桌客，怎么办？”罗、刘建议仍然按原部署攻打锦州。林彪考虑了一会儿，决定按原部署进行。
10月5日，东野主力到达位于锦州西北、距锦州30多里的牛屯。林彪察看了地形后，立即召开军事会议，拟定了总攻锦州和打援的具体作战方案。
10月6日，蒋介石乘“重庆”号巡洋舰到达葫芦岛第五十四军军部，部署锦、葫国军增援锦州的作战任务。
10月10日起，国军“东进兵团”3个军9个师（第三十九军的2个师15日才到达，未参战），先由第五十四军军长阙汉骞指挥，后由第七兵团司令侯镜如指挥，在空军、海军掩护下，以斗牛式的战法，轮番向塔山附近东北野战军第四纵队阵地发起正面强攻。至13日，国军连续猛攻均被打退，塔山阵地仍被解放军牢牢控制在手中。这时，东野攻锦主力部队的外围战斗已结束。当天深夜，刘亚楼电话通知各攻锦部队：“攻城准备就绪，明天上午总攻锦州。”蒋介石感到锦州城已岌岌可危，连夜电令侯镜如：“拂晓攻下塔山，12时占高桥，黄昏到达锦州！”
10月14凌晨6时，侯镜如指挥部队向塔山解放军阵地发起狂冲，双方展升了几天来最为惨烈的阵地争夺战。东野第二兵团司令员程子华向“东总”报告，战斗异常激烈，部队伤亡很大。此时，总攻锦州的命令尚未下达，塔山阵地已9次易手。如果在攻城战斗突破阶段塔山失守，敌“东进兵团”将像潮水一般在1个小时内涌来，即可直逼锦州，攻城部队将腹背受敌。这样一来，不但整个辽沈战役的总计划被打乱，东北野战军主力也将受到极端严峻的威胁。刘亚楼面对如此严峻的形势犹疑了，这是关系到东北野战军几十万大军生死存亡的事呀！林彪俯看桌上的地图，眼睛紧盯着塔山这个几乎看不见的小村落，果断地向刘亚楼挥了挥手，示意下达“总攻开始”的命令。刘亚楼还未拿起电话，沉默了半天的林彪终于开口说话了：“告诉程子华，我只要塔山，不要伤亡数字！”
10月14日10时，刘亚楼下达了总攻令。东野炮纵队集中500门大炮向锦州城内预定目标猛烈轰击。11时30分，各突击队发起冲击。至10月15日18时，攻克锦州城，全歼国民党守军10万余人，生俘东北“剿总”副总司令兼锦州指挥所主任范汉杰上将和第六兵团司令卢浚泉中将。侯镜如闻锦州失守，也暂时退回了锦西、葫芦岛；10月15日锦州城破之日，蒋介石又飞抵沈阳，并传令镇守长春的守将要其率部立即突围南撤，否则将受到“严厉之军纪制裁”。10月17日，第六十军军长曾泽生率所属3个师2.6万人起义。19日，新七军军长李鸿率其军部及所属3个师投降。21日，郑洞国率部放下武器。
廖耀湘率“西进兵团”出辽西后，于13日占领彰武，15日进占新立屯。锦州失守后，卫立煌认为廖兵团再无西进的必要，应迅速撤回新民，否则又有被解放军包围消灭的危险。但蒋介石于10月16日回北平后，连电卫立煌迅速向锦州攻击，而卫立煌坚决不令廖耀湘继续西进，又不敢令廖撤回新民。
10月19日，蒋介石在北平召集傅作义、卫立煌和杜聿明开会，讨论收复锦州事宜。会上，卫火煌坚持要集中兵力守沈阳，而蒋介石则非要收复锦州不可。杜聿明认为东北国军士气不振，各军残缺不全，要打也得经过补充整训，才可以相机对锦州攻击。但蒋执意收复，强令廖耀湘兵团以营口为后方全力攻锦州，刘玉章第五十二军先占领营口掩护后方。同时，蒋介石又任命杜聿明为东北“剿总”副总司令兼冀辽热边区司令官，指挥葫芦岛、锦西部队向锦州攻击。
19日林彪致电军委建议：“如廖耀湘仍继续向锦州前进，则等其再前进一步后，再向其进攻。但有若干迹象廖不再前进，或有向沈阳、营口撤退的情况，则立即迅速包围廖兵团，以各个击破的方法，将其全歼，使之不能退回沈阳和退至营口。”毛泽东最担心的就是拥有大量精锐部队的廖耀湘兵团从营口逃跑，所以他完全同意首先将该兵团围歼在辽西沈、锦之间，立即复电林彪，要求“本此方针，即刻动手布置，鼓励全军完成任务。”
10月20日，林彪发布作战命令，东野主力立即由锦州地区隐蔽向新立屯，大虎山、黑山方向疾进，从两侧迂回包围廖耀湘兵团；万毅第五纵队、黄永胜第六纵队分别由阜新、彰武地区南下，切断廖耀湘兵团往沈阳的退路；梁兴初第十纵队和第一纵队之第三师由新立屯东北地区后撤至黑山、大虎山地区，构筑工事，坚决阻敌前进，并密切配合主力部队围歼敌军；吴克华第四纵队、贺晋年第十一纵队在塔山地区继续阻击锦西方面敌军，保障主力作战安全；独立第二师以4天时间赶到营口，切断敌军海上退路。
23日，林彪又电令第十纵队：“必须坚阻敌人于阵前，不得使敌人前进半步。只要你们坚守3天，廖耀湘西进兵团必遭全歼！”
10月23日9时，廖耀湘兵团向黑山、大虎山发起猛攻。东野第十纵队进行顽强的抗击，寸土必争。经过3天激战，十纵队守住了黑山、大虎山阵地，使廖耀湘兵团失去了西进的可能和南撤的宝贵时间。廖耀湘以5个师的兵力连日攻击黑山、大虎山阵地受挫，使他西进攻打锦州的决心动摇，遂于25日晚下令向东南营口方向撤退，但行至台安附近便遭东野第八纵队第二十三师和正奉命由盘山北进的独立第二师阻击，廖耀湘误以为是共军主力，又于26日按卫立煌的命令向东撤回沈阳，却被黄永胜的第六纵队堵住去路。至此，廖耀湘兵团10万人马全部陷入东野数十万大军的重重包围。
东野随即展开了对廖耀湘兵团的大围歼，采取边合围、边分割、边歼灭的战法，并直捣其指挥中心。韩先楚的第3纵队仅用3个小时，便一举端掉了廖耀湘的兵团指挥部和新一军、新六军、新三军军部。廖耀湘10万人马群龙无首，乱成一团。至10月28日拂晓，辽西会战结束，廖耀湘西进兵团，除新一军军长潘裕昆和新三军军长龙天武只身逃回沈阳外，其余10余万将军全部被歼俘。
辽西会战正酣时，林彪就已在部署下一步战事了。10月26日，命令钟伟第十二纵队和5个独立师及1个骑兵师，由长春星夜兼程南下，切断沈阳之敌的退路。28日，命令辽宁军区迅速占领辽河渡口，架桥准备大军过河进军沈阳。
10月27日，蒋介石将杜聿明召到北平，商讨对策。晚上，杜聿明飞到沈阳，与卫立煌研究如何巩固沈阳防务或撤退营口。杜聿明、卫立煌感觉退守两难，只有照蒋介石的命令，叫周福成指挥现有部队死守沈阳。第二天，杜聿明回到葫芦岛，着手部署撤退营、葫的部队。卫立煌见大势已去，于30日乘飞机离开沈阳。
围歼廖耀湘兵团之战，东北野战军实施大胆渗透和穿插，不仅使廖部建制大乱，自己的建制也跑乱了。各师、团单独作战，穷追猛进，哪里有枪声就往哪里打。至28日辽西会战结束时，各纵队已无法集结，师、团位置极为分散。刘亚楼急得望着各纵、各师位置的地图直挠后脑勺。罗荣桓焦急地说：“部队建制大乱，不利于统一行动。沈阳之敌眼看要向营口跑。”林彪抓了一把炒黄豆，不动声色地说：“乱就乱吧，下道命令，全军向沈阳进发，同时传达纵队和师、团，乃至营、连，不必集结，部队从原地出发。”
东野各部队迅速向沈阳兼程前进。10月31日，完成了对沈阳的包围。11月1日拂晓，对沈阳发起攻击。当天中午，第八兵团司令周福成和他的300名卫队在银行大楼放下武器。只有戴朴率第六军二。七师顽强抵抗，但很快被解放军消灭。至11月2日，沈阳全城为解放军占领。同日，解放军攻占营口，除刘玉章率第五十二军军部及所属第二十五师等几千人乘船从海路撤逃外，其余14000余人全部被歼。至此，辽沈战役结束。
辽沈战役自9月12日至11月2日，历时52天，东北野战军以伤亡6.9万人的代价，歼灭国军47.2万余人，俘虏32.43万人，其中俘虏国军少将以上高级军官186名。
