10月2日，陈赓挥师入粤，先头部队以日行150里的速度向南挺进。粤军闻风丧胆，纷纷弃阵南逃，第一道防线形同虚设。
10月6日，解放军右路军第14军袭占乐昌，第13军占领仁化。在右路军的打击下，防守曲江的第63军弃城南逃，第15军于7日占领曲江。粤北门户洞开，右路军向南追击，国民党军利用北江的支流和粤汉铁路上的要点节节抵抗。第15军第45师于9日攻占英德车站，歼灭国民党军第39军第91师一部，并以2个连入国民党军防御纵深，成功地抢占了横跨江上的遥步墟铁桥，保证了军主力的通路。
10月6日，左路第43军到达翁源。11日第127师奔袭佛冈，全歼国民党军第39军第103师之全部美械装备的第307团。
敌7军之171、172师，48军之138、176师，经4天的战斗后，已大部被歼，小部突围敌溃散于各山上树林中。
第15军于13日占领江口后，在源潭击溃国民党军4个团，歼其1000余人。同日，第14军解放清远。第43军第127师于11日占领佛冈，全歼守军第39军1个团，12日第128师在鳌头圩歼灭国民党军第50军第36师第106团第3营大部，13日拂晓占领花县，全歼县保安营。第44军第132师12日向良口、从化前进，13日拂晓占领良口，并在水底附近歼灭国民党军第50军第107师第321团1个营，遂即向广州前进；该军第131师在派潭歼灭1个保安营后，于13日解放增城，14日抢占石滩车站，切断了广（州）九（龙）铁路。14日17时，第43军第128师第382团进入广州，歼灭了未及撤退的国民党军第50军第107师及联勤部队2000人。第44军第132师第396团亦于21时进入广州。至此，广州宣告解放。
在第15兵团解放广州的同时，两广纵队和粤赣湘边纵队13日解放河源，15日解放惠州，17日解放东莞，并于龙华墟包围了国民党军第109军第154师，迫使该师副师长郑荫桐于次日率部3000余人投诚，19日继占虎门要塞，截断了国民党军沿珠江南逃的通路。
16日，第4兵团在三水西南镇追上国民党军第39军第103师，迫使该师师长曾三元率部4000余人接受和平改编。同日，在四会击溃沈发藻第4兵团部，俘500人。
17日，陈赓获悉国民党军第21兵团由佛山向阳江撤退，第4兵团由高要向阳春撤退，第39军经高明向阳江撤退，第63军沿西江向粤桂边撤退，遂以第14军军长李成芳指挥第14、第13、第15军共6个师追击。当日，追击部队在高明县松柏坑歼灭国民党军第39军第147师第441团全部，在高要东北地区歼灭第70军警卫营，在鹤山县宅梧圩迫使第39军第91师师长刘体仁率部2700余人接受和平改编。
至20日，右路部队进抵腰古，歼灭国民党广东省暂编第3纵队1000余人；中路部队进至新兴以南，歼灭国民党军第63军一部，俘1000余人。
国民党军在逃跑过程中，建制混乱，并未组织掩护和抵抗。22日，广东保安第3师2000余人在恩平附近投诚，暂编第2纵队3000余人在江门投诚。23日，广东保安第4师2700余人在台山县那扶圩被迫投诚。同日，第21兵团司令官刘安琪率第50、第32军、第39军残部及第70军2个补充团到达阳江白沙圩地区。
25日1时，第4兵团将进至阳江地区的各路部队区分为东西两个集团，由东西两面实施攻击。当日上午，国民党军集中兵力由白沙圩向西进行了8次突围，解放军西集团（右路部队）顽强抗击，终于粉碎了国民党军的企图。当日14时，国民党军鉴于向西突围不成，即向南转向海边，企图由九羌埠乘船逃跑，解放军迅速封锁阻击。第120团由旱禾庙向平冈圩追击，先后俘近2000余人。左路部队强渡漠阳江后向平冈圩以南推进，第38师第112团沿岗头、廉村直插九羌埠。各部队一面攻取海岸要点，一面以炮火封锁海面。向南突围的国民党军除小部乘军舰逃跑外，被击毙和溺死者约万人。解放军粉碎了国民党军从海上逃跑的企图，将其合围于平冈圩以北直径不到7.5公里的狭长地区内。26日晨，解放军发起总攻，战至中午即全歼国民党军。
在阳江围歼战中，解放军共歼灭国民党军4万余人，其中生俘3万余人，消灭了余汉谋主力。
在阳江围歼战期间，胡琏兵团第67军于10月上旬撤往舟山，第18、第19军于10月上旬开始至10月下旬陆续撤至金门。10月24日，闽粤赣边纵队解放汕头。至此，除南澳岛外潮汕地区全部解放。第15军第45师在粤中纵队配合下，于10月22日解放江门。国民党军第4巡防联合舰队11艘舰艇500余人，于25日在江门以南海上起义。
在广东战役期间，粤桂湘边纵队协同野战军主力解放了粤汉路以西、西江北岸地区。粤桂边纵队策动了国民党军第62军2个多营和广东保安第3师第9团等部起义，解放了除湛江以外的雷州半岛。