正当辽西会战激烈进行时，国民党第52军乘机占领了营口。这是毛泽东一直担心的事。因为廖耀湘兵团虽陷于重重包围，但并未遭到全歼，而沈阳还有十几万敌军。敌军很可能从营口实施总撤退。这样一来，就不能达到将东北国民党军队彻底就地歼灭的战略目标。而且从营口撤退的敌军将会增加关内战场我军的压力。突然之间在对峙的局面下一方徒增数万，甚至数十万兵力，将会造成难以预计的后果。
10月25日，廖耀湘因黑山遇阻，准备悄悄经台安、大洼，直奔营口。这个计划不久就被林彪看破并及时粉碎了。幸亏各纵队奔袭神速、果断，否则，廖兵团就有可能从营口逃脱。毛泽东在这天致电批评林彪：忽视对营口的控制，致使52军一部于24日占领营口，是一个不小的失着。
林彪的这个“失着”，本来会造成比较严重的后果，即沈阳十几万敌军倾巢而动，经辽阳逃往营口。但是卫立煌的“瞎指挥”却大大消除了这个“失着”的副作用。
当第52军占领营口时，第53军的先头部队也进了辽阳、鞍山。卫立煌此时仍幻想死守沈阳，命令第52、第53军退回沈阳，以加强沈阳防务。
第53军先头部队两个师盲目执行了卫立煌的命令，撤回沈阳后即遭解放军围歼。在营口的第52军军长刘玉章动了点脑筋，觉得在营口比沈阳安全得多，加上有杜聿明的支持，于是抗命不撤，呆在营口天天盼杜聿明派船来将他的部队接出东北这个大冰窟窿。
10月27日，林彪为弥补他的“失着”，在围歼廖兵团之战进入尾声时，命令第9纵队和南满独2师东渡辽河，直扑营口。
第9纵队在攻克锦州之后，旋即参加围歼廖耀湘兵团会战，10月26日经6昼夜强行军抵达大虎山附近。此时，辽西会战已经到了收尾阶段，第9纵队只有前卫第26师赶上了战斗，仗没怎么大打，功劳却不算小：活捉了敌第71军军长向凤武。
10月27日接到奔袭营口的命令，9纵司令员詹才芳立即将后队改前队，向台安奔去。第25师变成了前卫，第26师断后，强行军6昼夜的部队又开始了新的强行军。
辽南一带河流纵横，船只、桥梁大多被破坏了。詹才芳命令大河架浮桥，小河就过去。从纵队首长到士兵，人人一身水一身泥，走着走着，身上热气腾腾，衣服又干了。
许多战士边走边打瞌睡，为了避免掉队，有的连每班发根绳子，班长牵着绳头，班副捏着绳尾，战士在中间扶着跌跌撞撞朝前走。
纵队政治委员李中权见状，让人传令：
“打下营口，让大家睡足。”
詹才芳乘的吉普车压着地雷，被爆炸的气浪掀得老远。车尾炸得千疮百孔，但无人受伤。工兵探测到了地雷，来不及排除，只用石灰做记号，时间一长，记号模糊了，却让司令员虚惊一场。
10月30日，前卫第25师到达营口远郊，开始与敌交战。在前石桥子遇到敌坚固据点。詹才芳立即命令第25师以一个团的兵力攻打该据点，主力继续向营口以东前进。
第25师第73团1个连的兵力，一举突入前石桥子，却遭到敌强大火力的伏击。该连伤亡很大，匆匆退出村子。
师长曾雍雅亲自赶到现场，发现地形于己十分不利，而且敌人兵力多少、战斗力情况不了解，下令停止攻击，将部队撤回后石桥子。
部队极度疲劳，一停下来倒头便睡，放松了警戒。当夜敌以两个营的兵力偷袭，使第73团第1营遭到重大伤亡。
11月1日，第9纵队与独立第2师发现第52军有从海上逃走迹象，当即迅速插入市区。当日10时，市区国民党军即被全歼，正在混乱中，一艘国民党军运输舰，22只军用商船企图逃走，当即被野战军炮火摧毁。仅第52军军部率1个师计万余人乘船逃离营口。野战军攻占营口，歼敌1.4万余人。
历时52天的辽沈战役，以全歼国民党东北“剿总”卫立煌集团47.2万人而胜利结束。辽沈战役结束后，残留于锦西、葫芦岛的国民党军于11月9日在杜聿明指挥下经海路撤向关内。10日，野战军占领锦西、葫芦岛，歼国民党军后卫部队一部。12日又收复承德。东北全境和热河均获解放。