黄维兵团双堆集覆灭以后，位于陈官庄地区的杜聿明集团，也陷入孤立无援的绝境，被华野十几个纵队死死的围住了。为了策应华北战场的已经发起的平津战役，军委决定对杜聿明集团两星期内不发起进攻，使蒋介石难下从平津撤军的决心，从而达到抑留傅作义集团于华北战场的目的。
1948年12月16日军委指示淮海总前委和华野：“我包围杜聿明各部，可以10天时间休息，整并集中华野全力，然后发起攻击”，“向杜、邱、李连续不断地进行政治攻势”。华野根据指示，决定担任围困杜聿明集团的各纵队于16日转入战场休整。
华野各部队在以阵地为家过好新年的号召下，积极改善伙食，搞好战壕生活。而包围圈里的杜聿明集团可就惨了，内无粮弹外无援兵，12月20日起陈官庄地区雨雪连绵，天寒地冻空投困难，偶尔空投一些食品，部队争抢相互残杀，不少官兵宰杀骡马充饥。大批伤病员冻死、饿死无人过问，底层官兵惊慌不安、悲观绝望，很多士兵拖枪跑到华野阵地投降。
最悲惨的莫过于被部队裹挟逃亡的徐州市民和学生，那些市民被国民兵层层盘剥受冻挨饿，学生们更惨，男学生被抓壮丁挖战壕，女学生为了温饱只能做一些军官的临时太太。邱清泉知道已无逃生希望，整天喝酒消愁，甚至还挖了地下舞厅，让这些女学生陪军官跳舞，把指挥部搞得乌烟瘴气。
展开剩余58%华野各纵队经过20天休整，充实兵员，补足粮弹，总结经验，鼓足士气，做好了总攻准备。1949年1月初，经中央军委批准，华野决定以10个纵队和军区部队组成东、北、南3个突击集团，向杜聿明集团发起总攻击。
1月6日下午3时30分，华野按照预定部署，在猛烈炮火掩护下，向杜聿明集团发起了总攻。突击部队像一把把尖刀，从各个方向勇猛插入敌纵深。当日晚，即攻克敌人13个村落据点；7日又攻克李弥兵团司令部驻地青龙集等20多处据点，消灭了李弥兵团主力，以及邱清泉兵团的第72军大部，李弥率残部逃向邱清泉兵团防地。
华野的强大攻势，迫使杜聿明收缩兵力调整部署，妄图伺机突围。9日，在更猛烈的炮火掩护下，华野再次发起总攻击。杜聿明集团残部在飞机掩护下，施放毒气，拼命反扑，企图夺路西窜。华野东集团攻击部队，以猛打猛冲的动作，在北集团配合下，迅速攻入敌指挥中心陈官庄阵地。
包围圈内的残敌失去指挥后，顿时陷入混乱状态，纷纷向我军投降，敌6辆坦克突出重围企图向西逃窜，也被我骑兵团追获。10日下午，残敌肃清战斗胜利结束。杜聿明被生俘，邱清泉被击毙，李弥潜逃，淮海战场上兵力最多，包括蒋介石“王牌”第5军在内的最后一个重兵集团，全部就歼。
陈官庄战役，华野共歼敌1个“剿总”前进指挥部、2个兵团部(不含孙元良兵团)、8个军部、22师、1个骑兵旅，共计17.6万余人。至此，淮海战役胜利结束，这是一场规模最大、歼敌最多的战略决战。人民解放军以60万兵力对阵国民党军80万，最终歼灭国民党军55.5万人，解放了长江以北的华东、中原地区，为渡江战役奠定基础。
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