1949年1月14日上午10时，随着刘亚楼一声令下，解放军上千门火炮同时怒吼起来。随着“隆隆”巨雷般的大炮轰鸣声，整个天津被震撼得颤抖起来。数万发炮弹呼啸着飞向敌军阵地，把碉堡、鹿砦、铁丝网等工事和障碍炸得粉碎，陈长捷精心布下的地雷阵也大多被解放军的炮弹给引爆，几乎没有起什么作用。
天津国民党守军只有4个炮兵营，在解放军强大炮火的猛烈压制下，根本就没有还击的能力。应陈长捷的请求赶来助战的两架飞机，刚飞到解放军阵地的上空，就被解放军的高射炮击中，拖着黑烟从空中一头栽了下来。
经过1小时的炮火轰击，所有突破口周围的国民党军工事和障碍物都被打得一塌糊涂，被猛烈炮火震得两眼发呆的国民党兵一个个双手紧抱着脑袋，缩在碉堡和掩蔽部里不敢出来。伴随着一阵嘹亮的冲锋号声，解放军从东、西、南3个方向同时向事前选定的11个突破口发起冲锋。在炮兵和坦克的掩护下，工兵迅速排除了残存的地雷、鹿砦、电网，突击队紧随其后，解放军如决堤的洪水般涌向天津城。
陈长捷本来想以天津的护城河作为护身符。自天津被解放军包围后，为阻止解放军接近其设防的工事，陈长捷下令将南运河与护城河沟通，使运河水流入护城河，水深在3米以上。解放军在发起攻击前，最为担心的也是如何通过这道又宽又深的护城河。当突击队战士抬着长长的跳板冲到护城河边时，惊喜地发现，护城河结了一层厚厚的冰。这大大出乎敌我双方的意料。
原来，在解放军发起总攻前，解放军想法堵住了流向护城河的水源。陈长捷为保持护城河的水深，想方设法向里面灌水。他每放一次水，解放军就堵一次。由于天气寒冷，流进一次水便结成一层冰，就这样，护城河河面上的冰越结越厚，当解放军发起总攻时，护城河上结的厚冰足以通过行人，从而大大加快了解放军的攻击速度。
不多时，敌86军所守的东阵地，已被突破多处。刘云瀚派兵增援反扑，企图恢复阵地，结果失败了。紧接着解放军又突破了62军的预备阵地，陈长捷在电话中得悉东西门相继被突破着急了，立即派出总预备队保安师，到西门监狱附近增援，结果该师一触即溃，很快败下阵来。除东西两面插进外，城南的解放军，也向城垣发起攻击，各个突破口都展开了恶战。于是双方短兵相接，展开了白刃战，接着，蒋军的坦克在市区出动了。解放军即用反坦克炮猛烈还击。11时15分，旗手王玉龙奋勇当先，立即把一面红旗插上了天津西城。红旗在空中飘扬，红旗在鼓舞着战士们奋勇冲杀！
担任主攻任务的第1纵队，左翼主攻师由师长贺东生指挥，右翼主攻师由师长江拥辉指挥，分头向市区猛进。巷战、街垒战猛烈进行，步枪声、机枪声、炮声和坦克的吼声混成一片，蒋军从街心碉堡里喷射出交叉火力，封锁着道路，从高楼上掷下手榴弹，从窗口丢出炸药包，企图造成立体式封锁，抵挡住解放军的前进。但是，他们的企图失败了！冲进市区的解放军，编成3人1组、4组1队的战术队形，交替掩护，穿插分割，进行逐屋逐街的争夺战。由上午10时总攻开始，战到黄昏，1纵队左翼主攻部队已进到市中心区。纵队副司令员曹里怀也进入市区亲自指挥。他乘着坦克来到贺东生指挥所，然后两员战将随穿插部队，直向市中心驶去！
当夜幕降临的时候，市区内的蒋军，被解放军各路攻坚部队压了下来，纷纷向金汤桥靠拢，越挤越密，互相践踏，盲目扫射，乱成一团。左翼主攻师的解放军，架起了平射炮，首先摧毁了敌人的桥头碉堡，接着又击毙了敌人的一名师长，经过一场激烈地拼搏，金汤桥被占领了。于是，西路的两个纵队和东路的两个纵队，照原定计划在金汤桥胜利会师了。至此，天津的蒋军已被拦腰斩断，阵地分成数块，陷于极度混乱状态中。
15日上午8时，右翼主攻师的第2营，乃向敌警备司令部的大楼发起进攻，战士们用炸药将司令部的大门炸开，冲进院内，同敌人进行逐屋争夺战，并很快攻占了警备司令部的大楼。敌酋陈长捷的指挥中心不在楼上，而在地下室。当时陈长捷正用无线电话向傅作义报告战况。这是天津被围后，陈长捷和傅作义本人第一次直接通话。这次通话，是因为傅在广播上听到解放军已经突入天津的消息后，主动打过来的。当陈长捷正讲共军已攻入警备司令部大院时，3名解放军战士已冲进地下室，他们大声吼道：“别动！举起手来！”陈长捷见大势已去，遂放下电话，有气无力地从椅子上站起来说道：“我们缴枪！我们缴枪！”然后向全体守城蒋军下达了“缴枪投降”的命令。
天津战役从1月14日上午10时总攻开始到结束，前后只用了29个小时，共歼灭守军1个警备司令部、2个军部、10个整师和一些特种部队，总共歼敌13万多人，打死打伤11000多人，生俘敌将级官26名，其中包括警备司令陈长捷，副司令秋宗鼎，86军军长刘云瀚，62军军长林伟俦等人；缴获各种炮1100多门，轻重机枪3500多挺，步枪54000多支，汽车800多辆。
由于天津守军被歼，驻守在塘沽的第17兵团司令侯镜如根本无心再战。在他的一再哀求下，蒋介石派来大批船只，于1月16日把驻守在塘沽的第17兵团司令部、第87军等部3万余人从海上撤逃了。至此，平津地区就只剩下傅作义驻守的孤零零的一座北平城了。