1949年1月2日，中央军委批准了华野总部关于对杜聿明集团发起总攻的报告，并将总攻的时间定在1月6日。
华野总部之所以会要求早点发起总攻，这里有一个很重要的考虑：淮海决战打完之后，下一步必然就是渡江，我人民解放军要打过长江去，解放全中国。而渡江之战不能晚于4月底，因为过了4月，长江就要涨水，江面就会加宽，就会增加渡江的难度，增加部队的伤亡。现在，只要有了把握，只要不影响全国的大局，就应当尽快向杜聿明集团发起总攻，迅速结束淮海战役，让部队早日休整，然后进入渡江作战的准备。中央批准华野的计划，也是从这一点考虑的。
当中央军委批准了华野的计划之后，华野总部对总攻进行了具体的部署，对杜聿明集团的全歼，计划分为两个阶段：第一阶段计划用3至7天，目标是先将相对较弱的李弥兵团加以歼灭；第二阶段再行消灭相对较强的邱清泉兵团。华野将投入一纵、二纵、三纵、四纵、八纵、九纵、十纵、十一纵、十二纵和渤海纵队10个纵队用于向包围圈中的敌人进行攻击。
包围圈中的国民党官兵这时在一心盼望着好天气。高级军官知道有了好天气就可能在空军的掩护下突围以求生，普通官兵只想有了好天气就可以多抢到一点空投下来的食品以救命。
1948年12月29日，天气转晴，蒋介石派来的董明德和杜聿明派出的舒适存乘飞机飞南京，去向蒋介石报告突围计划，空军也开始进行空投。这天的空投除了投下若干食品之外，还投下来两样东西，一样是黄百韬兵团的《烈士纪念册》，一样是南京《救国日报》刊载的中国共产党公布的内战战犯名单，杜聿明的名字赫然列于其中。底层官兵们看到这些东西后破口大骂：“老子们要吃饭，投这些废物干什么！”
杜聿明看到这些东西之后心中明白，蒋介石是在告诉他：你已经成为共产党列出的头等战犯，是“国人皆曰可杀”的人物，已经没有任何退路了，必须向黄百韬学习，为蒋介石效忠送死。所以当蒋介石从舒适存处听说杜聿明近来身体一直不好，在第二天发来电报说“听说吾弟身体有病，如果属实，日内派机接弟回京医疗”时，杜聿明立即电复蒋介石：“生虽有痼疾在身，行动维艰，但不忍抛弃数十万忠勇将士而只身撤走。请钧座决定上策（按：指他向蒋介石建议的上中下三策中的上策），生一息尚存，誓为钧座效忠到底。”但是，他在1月3日得到了蒋介石的来电：“照第三案执行，自5日起投足三日粮食。”就是说，蒋介石仍然坚持要他进行完全无把握的冒险突围。蒋介石所采取的，是杜聿明提出的上、中、下三策中的下策。
杜聿明很明显地感觉到了灭亡时刻的到来。因为他明白：在国民党军队中，由于统帅部、前方指挥官、部队长这三者之间矛盾重重，由于部队与部队之间矛盾重重，如果下令突围之后，必然的结果肯定是各自顾各自，无法按照事先下达的命令统一行动，在解放军的强大攻击之下，必然迅速土崩瓦解。黄维的突围就是眼前的例子，他即将成为第二个黄维。
1月5日，蒋介石派空军开始大规模投粮，计划是空投3天之后，让部队吃饱了肚子，带上一部分粮食，就进行突围。杜聿明认为投3天不够，电告蒋介石请求继续空投。蒋介石回电说：“准再投3日，务必遵照实施。”
杜聿明未曾想到，空投才进行了一天，他的二十几万大军灭亡的时刻就已经到了。
1月6日下午3时30分，淮海前线总前委发出了总攻命令。命令中说：
为贯彻战役决心，趁敌人还未能得到充足粮食、弹药补给，且疲惫动摇恐慌之际，争取迅速解决该敌，全歼杜、邱、李匪部，以获淮海战役全胜。
一声令下，我军各种重炮一齐向敌人阵地发起猛烈的轰击，已经养精蓄锐近20天的华野大军向包围圈中的敌人发起了全面进攻。
根据淮海前线总前委的要求，粟裕对华野的总攻是这样安排的：
第一线的进攻部队分为三个集团向敌人进行纵深攻击：东集团由三纵、四纵、十纵、渤海纵队和冀鲁豫军区的两个独立旅组成，共投入11个师，由十纵司令员宋时轮和政委刘培善统一指挥，其任务是在北集团的配合下歼灭李弥兵团，然后由东北向西南突击，与其他部队共同歼灭邱清泉兵团；北集团由一纵、九纵、十二纵组成，共投入8个师的兵力，由华野第一副政委谭震林兼二兵团政委和二兵团副司令员王建安统一指挥，其任务是从北面向西南攻击邱清泉兵团，其中的一纵要参加歼灭李弥兵团；南集团由二纵、八纵、十一纵组成，共投入8个师，由四兵团司令员韦国清和副政委吉洛（即姬鹏飞）统一指挥，其任务是由南向北进攻，目标是敌人的指挥中心陈官庄。
第二线的部队还有5个纵队共15个师，再加3个独立团，作为战役预备队，同时组成外围的第二道封锁线。这些部队是：
六纵位于濉溪口、百善集地区，七纵位于萧县地区，十三纵位于马村桥地区，两广纵队和一部分地方部队在夏邑、会亭集地区，鲁中南纵队和部分地方部队在永城地区，另有在济南战役起义后编入华野的三十五军在山城寨地区。这样，我军是既有向敌人发起猛烈进攻的部队，也有预防敌人突出包围圈而进行阻击的部队。
粟裕为保证对敌人的全歼，为这一仗上了双保险。
除了华野大军之外，刚刚结束了围歼黄维兵团的中野大军则根据总前委的指示，位于第三线，在休整中随时准备听从总前委的调遣。
1月6日晚，我军就攻破了敌人的外围防线，占领了敌人布置有坚固防御工事的据点13个，歼敌1万余人。敌人主力部队七十军军长高吉人受重伤，由邓军林升任军长。
1月7日，我军攻占了包括李弥十三兵团司令部所在地青龙集在内的20多个村庄或据点，李弥兵团的整个防线被击溃，其主力从原来的王引河以东的防区逃向王引河以西的邱清泉兵团防区。这一战果，按粟裕原来的计划，是打算在3天之内完成的，现在，只用了一天半就完成了。
李弥兵团溃败了，邱清泉兵团的防线被突破了，杜聿明感到了空前的压力。他只得急电蒋介石，要求加大空投规模，并要求蒋介石组织力量在1月9日进行预备性轰炸，在10日空投毒气弹，掩护全军突围，否则，包围圈中的国民党军队即将全军覆没。蒋介石要手下立即进行部署，国防部给杜聿明的电报说将按杜聿明的要求出动100架飞机进行掩护突围。
1月9日上午，国民党空军副总司令王叔铭亲自飞到陈官庄上空，观察情况，为下面的军队打气，进行掩护突围的准备。
为了准备突围，敌人开始向西边移动。由于两军的距离很近，所以敌人的企图立即为我军所发觉，粟裕立即将渤海纵队调到包围圈的西边，加强八纵与九纵的力量，准备对企图突围的敌人进行堵击。9日这天，国民党空军出动了20多架飞机在包围圈的西部阵地上狂轰滥炸，并投下了一些毒气弹。敌人的第五军全力向西攻击，企图突破包围圈。但是在我八纵、九纵和渤海纵队的坚决阻击下，敌人的进攻被粉碎，包围圈仍然十分稳固。
在粉碎敌人向西攻击的同时，我各路纵队继续向敌人进行分割穿插，逐渐夺取敌人原来的阵地。一纵在北边全歼第五军的一个团，占领了朱小庄。九纵不仅打退了敌人的进攻，而且还由西向东进攻，全歼第五军在张家庙的守敌。十纵在攻占青龙集之后，会合四纵继续向李弥兵团残部展开攻势，攻克了李弥兵团指挥部的新驻地黄庄户。十纵和四纵的另一部分部队则在击溃敌七十军之后，将进攻矛头指向杜聿明和邱清泉的指挥部陈官庄。三纵先是攻占了陈楼，然后也向陈官庄逼了过去。
1月9日晚上，杜聿明来到包围圈中当时兵力最强的第五军设在陈庄的军部，研究第二天的突围行动。他一到陈庄，我军的炮火就像在跟踪他似的，也打到陈庄来，他只好躲藏到掩蔽部中，和闻讯赶来的邱清泉、李弥、第五军军长熊笑三等进行商议。杜聿明主张仍然按照蒋介石原来的计划，第二天上午在飞机的掩护和毒气弹的支持下突围。可是熊笑三却认为白天突围肯定没戏，对空军的支持不要寄予太大的希望，搞不好会让空军给卖了。为了抓紧时间，邱清泉和熊笑三临时决定当天晚上立即突围。杜聿明认为不行，熊笑三甚至命令第五军故意在外边把各种枪炮尽力地打，向杜聿明谎报军情，说解放军已经打到司令部来了，再不跑就没有机会了。当这一招被杜聿明识破之后，熊笑三竟对杜聿明进行威胁，说当天晚上必须突围。在这种情况下，杜聿明只好同意了当晚突围，而且说为了不被解放军一网打尽，大家分散突围，各寻生路。
这时，杜聿明给蒋介石发出了他在国民党军队中服役大半生的最后一封电报：“各部已混乱，无法维持到明天，只有当晚分头突围。”
很明显，所谓“分头突围”就是不论建制，不要统一指挥，各自逃生。命令一出，包围圈中的国民党军队立即四散奔逃。
杜聿明没有跟着第五军的大部队向外冲，而是带着自己的副官、卫士等十来个人在夜色中从陈庄向西走，因见到向西的部队太多，他就转而向东北方走。到了夏寨，见到解放军的大部队也在向西开进，就在一处战壕里隐藏起来，由他的副官尹东生给他化了装，剃了胡子，穿上士兵服装，打算伪装成普通士兵逃出去。可是，等到天亮时，四处都是解放军，当杜聿明听到“放下武器，缴枪不杀”的喊声时，他知道一切都完了。正在这时，他碰上了华野四纵十一师的两个卫生兵。在“举起手来”的喊声中，杜聿明的副官、卫士都乖乖地放下了武器。杜聿明一想到自己就要成为俘虏，真正产生了不想活的念头，他举枪指向头部，决心自杀，但被身边眼明手快的尹东生把手枪夺了下来。就这样，风云一时的国民党军队中最著名的将领、和我军在东北战场上较量了之后又在中原战场上较量的杜聿明终于在1949年1月10日早晨当了我军的俘虏。
应当说，这时的尹东生是他的救命恩人，尹东生阻止了他步黄百韬的后尘，让他从此开始了后半生的新生活。
杜聿明被俘后，在一个村子里饱餐了一顿我军提供的丰盛饭菜，但还未被我军认出其真实身份。这位著名的将领步入人民的队伍的最初几步是怎么走过来的呢？按照杜聿明自己的叙述和当时审问和发现杜聿明的陈茂辉同志的回忆，情况是这样的：
当杜聿明和其他俘虏在我四纵十一师的临时俘虏收容地饱餐了一顿之后，俘虏群被分成若干个部分。杜聿明和身边的副官尹东生以及司机等3人的身份已经被抓到他们的两个卫生兵所怀疑，所以仍然把他们3人分到一块，一齐送到十一师政治部主任陈茂辉处进行审问。
陈茂辉见到杜聿明时，杜穿着一身士兵的棉服和破大衣，脸上和手上都弄得乌黑，可是在吸烟时却吸的是高级的美国骆驼牌香烟，而且身边的人恭恭敬敬地用打火机为他点烟。陈茂辉断定此人绝不是一般俘虏。
尹东生为人机灵，抢先介绍情况说：“我是尹东生，《徐州日报》随军记者，”并指着杜聿明说，“这位是第十三军团的高军需。”司机也跟着说谎：“我是张印国，在徐州开商车，他们给拉来的。”
三人都拿出了事先准备好的假证件。陈茂辉早就看出这位“高军需”绝非军需，至少是一个军级以上的高级将领，所以就有意问“高军需”叫什么名字。杜聿明也就跟着尹东生说叫高文明。陈茂辉问他十三兵团兵团部有几个处？这难不倒杜聿明，他的回答正确，说有六个处。但是再问他六个处的处长姓名时，杜聿明就说不上来了。他要用纸写，掏出来的却是美国的高级派克金笔，写了好久，也写不出几个处长的名字。他对答不上，很快就会暴露身份，这时他既想表明自己身份，又存在顾虑。因为这时前来看被俘军官的人多，杜聿明只好说“这个地方谈话不方便吧”。陈茂辉以为他是怕飞机轰炸，就说：“不要紧，对于你们的空军，我们有经验，吓不了我们。你们只要坦白交代，我们一律宽大，除了战犯杜聿明以外。”这一下，杜聿明不敢再说话了。陈茂辉接着问他：“杜聿明是不是坐飞机跑了？”杜聿明只好说：“听说是跑了。”
陈茂辉见他说话吞吞吐吐，肯定还有若干顾虑，打算先让他松弛一下，就没再问他什么，将他们每人身边各自的东西经过检查之后，都还给了他们，然后就将杜聿明和司机张印国带到十三兵团俘虏集中的一个广场去。
十三兵团的军官们一见到他们的杜长官，很多人都在议论纷纷。陈茂辉这时对这位“高军需”的真实身份当然也就更加重视。在未能查明身份之前，就先将杜聿明和张印国关在一间磨房中休息，外面布置了严密的看管，而先单独审问“记者”尹东生。
这时，杜聿明所考虑的，当然是自己这个战犯的末路。张印国劝他在夜间想法逃跑，他知道肯定逃不出去，而他的真实身份很快就会暴露。这时他感到死神即将来临，这间磨房就是他的末日。他想到与其被处死，还不如自己死。于是他抓起地上的一块石头，向自己的头上猛砸，直砸得头破血流，人事不省。他的这种行动很快就被我军的看守制止，他的身份也由他的行为所暴露。而陈茂辉也已经从尹东生口中查明了“高军需”的真实身份。
1948年12月25日，我新华社发布了由毛泽东批示宣布的以蒋介石为首的内战头等战犯43人名单（按：1948年12月25日，毛泽东又批示宣布了第二批战犯名单，两次相加一共是57名），杜聿明位列第34位。他也是43个战犯中唯一一个被我军俘虏的战犯。
第二天，杜聿明被用担架抬到了华野四纵司令部，华野张震副参谋长和四纵陶勇司令员与他进行了态度十分平和的谈话。很快，陈毅司令员也到四纵司令部来了，也是用十分平和的态度与他谈话。但是，这时的杜聿明对我党的政策还不可能有任何真正的理解，所以态度仍然相当恶劣，用他自己的话说，“我一直凶顽无理，不愿谈任何问题”。由于杜聿明当时的态度实在太恶劣，连我军医生为他治伤都不愿配合，自己砸破的头部伤口上包扎的纱布他都要不断地往下扯。我军为了对他的生命负责，在将他从淮北押往山东根据地的途中，不得不给他戴上手铐。
虽然如此，中国共产党并未放弃这个和人民解放军打了多年硬仗的战争罪犯的争取。从杜聿明被俘之日起，就花了很大力气对他进行教育改造，花了很大力气为他治疗疾病（杜聿明身体很差，长期患有腰椎结核、肾结核、风湿、神经痛、胃溃疡等多种疾病，1946年就已割去左肾）。由于他的脊椎既有结核，又有炎症，几乎成为僵直状态，所以战犯管理所特地为他制作了一副合身的石膏板，让他能够入睡。至于对他的学习与反省，更是做了大量而又非常耐心的工作。
在介绍了杜聿明被俘的情况后，我们再来看看淮海战场上其他几个国民党军队重要将领的情况。
当包围圈中的国民党军队四散奔逃之后，各级指挥部当然也就立即瘫痪。1月10日凌晨，我华野四纵、十纵和三纵的部队攻克了杜聿明和邱清泉的指挥部所在地陈官庄。与此同时，四纵和一纵又攻下了第五军的指挥部所在地陈庄。至于李弥的第十三兵团，在9日就已全部击溃，已经没有什么人员了。
李弥十三兵团在包围圈中的实力比不上邱清泉的第二兵团，所以李弥一直避免让自己的部队单独突进，尽可能保存实力。他的指挥部最早在李石林，1948年12月15日李石林就被我军攻克，指挥部迁到青龙集。
1949年1月7日，青龙集又被我军攻克，十三兵团在溃散中向西转移。
1月9日，李弥冒着弹雨亲自指挥突围，仍无任何进展。部下的第八军四十二师在师长伍子敬的率领下在崔庄向我军投降，第八军军长周开成和在包围圈中临时编成的一一五军军长司元恺被俘。第九军军长黄淑在10日清晨被俘。
李弥这个兵团司令拉着他的副司令赵季平在9日夜间趁夜色中向外逃命时迷失了方向，用他的话说，是“看着有队伍就跟着走，走着走着被打回来。又走，走一会又被打回来。老跟着混乱的队伍挨冷枪打”。
在半夜1点，他走到了所属的九军第三师所在地周楼，暂时藏在一个掩蔽部里。天明时，为人狡猾的李弥要第三师师长周藩去向解放军接洽投降，以便让他找一个机会脱身逃跑。他专门为周藩确定了“投降条件”，其中一条是“投降后不论官兵，凡是不愿意干的不强留，放回家”。于是，周藩等人前去与我军接洽投降，我军也就停止了射击。李弥让人为他找来了有血污的士兵服装和胶鞋换上，化装为一个伤兵，在混乱中溜出了包围圈，逃脱了当俘虏的命运。
邱清泉是包围圈中最狂妄、最骄横的国民党将领，打仗颇为亡命，他的第五军是国民党军队的五大王牌之一。但严格说来，此人并无多少职业军人应有的素质。例如，作为一个美式机械化兵团的司令官，他却十分迷信。淮海决战之前，国防部要他驻守商丘，他死活不干，原因只有一个：“商丘”二字谐音“伤邱”，不吉利。撤离徐州后，他让十六兵团一个会算命拆字的监察官尹天晶为他拆字，他为了吉利，写了一个“笑”字。尹天晶想了一阵，说是“笑者，二人升天也”。邱清泉从此就认为他已进入了不吉利的境地，一到陈官庄驻地，又叫尹天晶来看吉凶。尹天晶说驻地院子不大吉利，因为院子中间有棵老槐树，院中加木，形如“困”字，所以才会被围困。邱清泉立即叫人把树砍掉，认为这下子就转凶为吉了，必将冲出包围了，顿时又趾高气扬起来。当时，他下边就有人议论说，砍了树，人还在院中，岂不是一个“囚”字！
当黄维兵团被消灭、杜聿明集团被完全困在包围圈中，多次向外突围都毫无结果之时，邱清泉一下子又变得消沉颓废，喜怒无常，不是骂娘，就是饮酒，成天抱着女演员、女护士纵情淫乐。1月9日杜聿明到第五军军部商议最后的逃命方案时，邱清泉已经完全没有了过去的骄狂，只是不断地说“真正崩溃了，真正崩溃了……”当杜聿明在第五军军长熊笑三的逼迫之下同意各自突围逃命之后，邱清泉当即通知各军，他已放弃对部队的指挥，让各部队自寻生路。他想由他一手栽培起来的熊笑三保他突围，熊笑三却比他还跑得快，早已没了踪影。邱清泉本来是调来了一个特务营和他一起向外冲，但是一冲上战场，邱清泉又显出极为失态，张皇失措、神色异常（这也是杜聿明未与邱清泉一道行动的重要原因），他开枪打死了跟随他多年的两条狼狗，并打倒了这些天来日夜供他淫乐的那个女护士。在战场上乱跑了一阵之后，他的精神就已完全崩溃，出现明显的精神失常，他一边在阵地上乱跑，一边高声号叫“共产党来了！共产党来了！”连他的部下都说他真的疯了。过去，由于他打仗时有股疯狂劲，所以他得了一个“邱疯子”的绰号，现在，他却成了真正的邱疯子。当他在战场上疯狂地乱跑时，在陈庄外围阵地上被我军发现，一梭子机枪扫过去，邱清泉身中6弹，当即毙命。
第五军的主要将领，只有军长熊笑三和兵团司令李弥化装成伤兵逃了出去。副军长郭吉谦被我十纵俘获，当了俘虏。四十五师和四十六师都向我军缴械投降，只有二零零师进行了抵抗，结果被我全歼。第五军过去多次和我军交手，可是一直未能消灭它。在华野官兵中早已流传着这样一首顺口溜：“打五军，打五军，钓大鱼，玩龙灯，先剥皮，后抽筋……”今天，国民党军队的王牌部队、第一支全部美式机械化的第五军终于被我军全部消灭。这也是国民党军队五大王牌中最后一支王牌军被消灭。从此，所谓的五大王牌，就全部被人民解放军消灭了。
早在1948年5月14日，朱德在河南濮阳华东野战军视察时，就曾经说过：“把国民党这几张王牌搞掉了，问题就等于解决了一大半。”淮海战役中解决了第五军，从全局来看，此时的国民党军队也正好被我们解决了一大半，完全印证了朱总司令原来的估计。
杜聿明被俘和邱清泉被击毙，标志着淮海决战的胜利结束（在9日夜间和10日上午，失去指挥的敌人基本上是成团成师地投降，少数负隅顽抗的敌人如第七十四师残部在10日下午4时被最后解决）。
从1948年11月6日到1949年1月10日，历时两个月又5天的淮海决战，我华东和中原两大野战军密切配合，在淮海前线总前委的统一指挥下，共歼灭了国民党军队5个兵团22个军55个师，共55万人。与此同时，缴获坦克215辆、火炮4000多门、飞机6架、汽车1700多辆，其他枪支弹药无数。从此，中原地区的国民党主力已经被全部歼灭，蒋介石的“力争华北，坚守中原，经营华南”的总体部署被彻底粉碎。我军已经直逼江南，蒋家王朝在我人民革命力量面前，已经没有什么招架之功了。当然，“杀敌三千，自损八百”，我人民解放军在这次大战中，也付出了伤亡13万人的代价。
几天之后，即1月17日，中共中央发来了祝捷的电报：
刘伯承、陈毅、邓小平、饶漱石、张云逸、粟裕、谭震林、陈赓诸同志，华东人民解放军和中原人民解放军全体同志：
淮海战役自去年11月7日开始，至今年1月10日已完全结束。在这65天作战中，你们消灭了国民党反动政府在南线的主力黄百韬兵团全部4个军11个师（内有一个师起义），黄维兵团全部4个军11个师（内有一个师起义），杜聿明所率邱清泉、李弥、孙元良3个兵团全部10个军25个师（内有一个骑兵旅），冯治安部两个军4个师，宿县和灵璧守军各一个师，以上共计正规军22个军55个师，加上其他部队，共消灭敌兵力约60余万人。至此，南线敌军的主要力量与精锐师团业已就歼。
你们生俘了战争罪犯国民党徐州“剿总”总司令部副总司令杜聿明、国民党第十二兵团司令黄维及国民党军其他高级将领多名，击毙了国民党第七兵团司令黄百韬。你们击退了李延年、刘汝明两兵团的增援，迫使他们向沿江一线逃窜，从而使淮河以北地区完全解放，使淮河一带地区大部被我掌握。凡此巨大战绩，皆我人民解放军指挥员与战斗员、人民解放军与人民群众、前后方党政军民团结一致、艰苦奋斗所获得的结果，特向你们致以热烈的祝贺与慰问。
淮海决战的伟大战果完全扭转了中国战场上双方力量的对比，不仅在全国的政治舞台和军事舞台上产生了极其重大的影响，在国际上也产生了不小的影响。
当时对中国共产党坚持要打倒蒋介石、将革命进行到底的政策并不完全理解和支持的斯大林在军事上是相当自负的，因为在淮海决战不久前他才取得了打败德国法西斯的历史性胜利。但是，当他知道了淮海决战的情况之后，也不得不在他的笔记本上写下了这样的字句：“60万战胜80万，奇迹，奇迹！”一年之后，新中国成立，中苏两国正式建交。斯大林根据毛泽东的意愿，派出的第一任驻华大使是哲学家尤金。当尤金向斯大林告别时，斯大林对尤金说了这样的话：
淮海战役打得好，是中国战争史上的奇迹，也是世界战争史上少见的。这个战役值得我们学习研究。你到中国帮我办一件事，就是收集和研究淮海战役胜利的原因。