根据林彪的命令，驻在冀察热辽地区的东北野战军十一纵和冀察热辽军区的部队，在东北野战军第二兵团司令员程子华、政委黄克诚的指挥下于9月12日打响了大决战的第一枪。他们的任务是切断从北平到沈阳的铁路北宁线，因为北宁线是联系东北与内地的最重要的交通线，是东北敌军的输血管。十一纵司令员贺晋年和政委陈仁麒率领着自己的部队和独立四师、六师、八师分割并攻占了北宁线上的昌黎、北戴河、沙后所、绥中等地，完全切断了北宁线，扫清了滦河以东至北戴河一线各个据点的敌人，为东北野战军关门打狗创造了有利条件。
紧接着，四纵从台安出发，九纵从北镇出发，插向锦州和义县之间，包围了锦州以北最重要的据点义县。当火车将南下部队运抵阜新之后，三纵和二纵五师立即接替了对义县的包围。四纵向南攻克了兴城，七纵占领了高桥、西海口和塔山，切断了锦州和锦西的联系。九纵则攻占了锦州外围的重要据点白老虎屯、帽儿山、亮甲山和紫荆山，完成了对锦州的包围和对北宁线各据点的分割。上述战斗，总共用了半个月时间。
在各路大军开进和作战之中的9月24日，东北野战军总部向各纵队下达了战斗命令：
此次攻打锦州和打援战役带有全东北的决战性质。盼鼓励全军指战员以空前的决心和勇气来进行这一大战，不顾任何疲劳与伤亡，准备死打硬拼，指挥员认真掌握战术原则，把全军士气动员高涨起来，坚决反对对我军强大兵力火力估计不足的右倾情绪和看不到全国对我有利的总形势，反对疲沓散漫，反对不坚决执行命令等，以争取这一大战的胜利。
同一天，东北野战军总部又给中央军委发出电报，其中说：
锦州战役，可能演化成全东北之大决战，可能造成收复锦州、长春和大量歼灭沈阳出援之敌的结果。我们将极力争取这一胜利。已动员军队不怕伤亡，不怕疲劳，准备进行大恶战。
当我军完成对锦州周围的包围之后，林彪将锦州守敌的情况向中央作了报告：锦州总共有8个师，主力是敌九十三军和四十九军；锦西有4个师，主力是敌五十四军。报告说：“我们已决定先攻锦州再打锦西”。
驻守锦州的范汉杰一直不知道我军主力在向锦州实施包围。当我军已经攻占了锦州周围的几个据点之后，范汉杰派军队去收复帽儿山、白老虎屯、亮甲山，原来守据点的有一个师，又派去一个师，两个师都被我军打得丢盔卸甲，逃回城来。他这才知道我军主力已经包围了锦州，才明白我军的打击方向是锦州。
卫立煌急向蒋介石报告，蒋介石当然清楚我军打锦州的严重性，他立即电召卫立煌到南京，要卫立即派出沈阳的军队西进援锦。卫立煌心中当然反对，但不便当面争吵，就说等回沈阳后认真研究。蒋介石就派参谋总长顾祝同和卫立煌在9月26日一同飞到沈阳，要顾祝同监督卫立煌立即派兵增援锦州。卫立煌最怕被围城打援，特别是从沈阳西进，其间有辽河、大凌河和饶阳河三条大河，完全可能被解放军层层截断，分别包围，所以他认为现在派兵援锦无异于投食虎口。他只同意从沈阳空运一个军支援锦州，并建议顾祝同安排华北军队从葫芦岛增援锦州。而沈阳驻军的主力九兵团司令廖耀湘则建议趁机将沈阳和长春的军队完全撤进关内，放弃东北。三人争了一天，毫无结果。第二天，蒋介石来电，仍然要卫立煌将沈阳军队拉出去增援锦州，卫立煌和廖耀湘仍然坚决不同意。卫立煌甚至斩钉截铁地说，如果葫芦岛方面不出兵，只是由沈阳方面出兵，“一定会全军覆没”，他愿和顾祝同立军令状。顾祝同与卫立煌是同辈，他无论怎样用蒋介石的命令来压，卫立煌还是坚持己见。顾祝同无奈，只好单独找廖耀湘施加压力。廖耀湘1926年才入黄埔当兵，而顾祝同早在1924年就是黄埔教官，在顾祝同面前，廖耀湘不能直接顶撞，就说能否先把沈阳的军队调出一部分向新民方向移动，给林彪增加一些压力，以后怎么办，下一步再说。顾祝同只好带着这个方案回南京向蒋介石汇报。不过，他们三人在沈阳的这一番争论，竟然用去了三天最宝贵的、可以说是最要命的三天时间。
就在沈阳城中顾祝同等人争论不休的三天中，我攻打锦州前线部队进一步加强了对锦州的包围，锦州机场被我炮兵破坏且又在我炮火控制之下，已无法使用；塔山被我攻占之后，锦州和锦西之间的联系已被完全切断；兴城被我攻占之后，东北敌人与关内的陆上联系已被完全切断；锦州北边的重要据点义县已被我包围。现在，锦州和整个东北的国民党军队与内地的联系，除了空中之外，就只剩下了一个葫芦岛海军基地了。
林彪决定先打义县。
义县在锦州以北，距锦州约50公里，与锦州之间有铁路和公路相通，是锦州北面最重要的战略据点。从北边南下的三纵、二纵五师和炮纵主力早已按照林彪的命令将义县包围。9月17日，在三纵司令员韩先楚的统一指挥下，我军开始缩小包围，扫清攻城的障碍。
义县守敌是九十三军的暂编二十师，师长王世高率其部下强迫大批民工在义县修筑了大量工事，加上义县本身有相当高大的城墙，攻起来并不轻松。为了一举攻破义县的城防，当我军在10月1日发起总攻时，东北野战军的炮兵司令员朱瑞把近百门榴弹炮摆在义县城北大凌河的对岸，他要对自己建立起来的炮兵的进攻能力进行一次检验，为攻打锦州进行一次预演。当朱瑞的强大炮兵发言之后，义县守敌根本就没有了招架之功，高大的城墙被轰垮40多米，我军冲进城之后只用了半天的巷战就全部占领了义县，生俘了王世高，创造了我东北野战军对城市攻坚取得成功所用时间最短的纪录。
可最令人遗憾的是，就在战斗已经结束时，朱瑞为了观察炮火延伸射击的具体情况，了解炮轰城墙的火力应当如何改进，他亲自来到城墙边进行实地考察，不幸踩中了敌人的地雷，牺牲在大决战刚刚打响的战场上，时年43岁。朱瑞——这位我军炮兵的主要建立者，他不仅是在东北战场上，而且是在整个解放战争中我军牺牲的最高级别、最重要的指挥员。毛泽东为中共中央起草的唁电中说：
朱瑞同志在中国人民解放军的炮兵建设中功勋卓著，今日牺牲，实为中国人民解放事业之巨大损失。中央特致深切悼念，望转告全军，继续为革命战争的彻底胜利而奋斗，以纪念朱瑞同志永垂不朽。
为了纪念朱瑞，东北炮兵学校改名为“朱瑞炮兵学校”。