奉命担任夺取沈阳任务的各纵师，日夜兼程向沈阳挺进。在此之前，安东军区司令员兼政治委员程世才奉命指挥独立第1、第2、第3、第14师等部以及地方武装，从1948年5月至9月，对沈阳、抚顺、本溪、鞍山4个城市进行了长达4个多月的围困，其任务是打击出扰和抢粮之国民党军，结合经济封锁和政治攻势，使其粮弹俱困，斗志瓦解，进一步削弱了沈阳地区国民党军的力量。
由长春南下的第12纵队及第1兵团所属各独立师，经过300余公里长途行军，于10月28日插至铁岭、沈阳、抚顺之间地区。
完全隔断了各点间国民党军联系。是日拂晓，第12纵队第36师攻歼铁岭守军第53军第116师1个团，解放铁岭。同日，该纵主力在南进途中于新城子以西地区，又截歼由铁岭向沈阳撤退之第116师师部及所属2个团和东北守备第1总队一部，生俘少将守备司令彭定一以下4000余人。29日，第12纵队第35师在沈阳以西之吴家荒、大兴屯歼灭由新民、巨流河向沈阳撤逃的第53军第130师1个团，毙俘团长以下2800余人。旋即纵队主力绕过沈阳，于31日凌晨抵达沈阳以南的浑河岸边，并于当日攻占沈阳以南之重要据点苏家屯，歼第207师暂编第10团主力，从南面逼近沈阳。
与此同时，第1兵团各独立师迅速前出至抚顺及沈阳以北、以东地区。29日，独立第3师在沈阳以东之东陵、水泉、英达堡子歼灭第53军暂编第30师一部。30日，独立第1师攻占沈阳以东之前台屯、木厂屯、山东沟，并一度攻占东大营；独立第4师占领沈阳以北之文官屯机场；独立第14师解放本溪；独立第10师向抚顺发起攻击，于31日解放抚顺。
由辽西战场东进的第1、第2纵队，不顾连日作战的疲劳，克服河流障碍，向沈阳攻击前进。29日收复新民、巨流河，追歼由新民向沈阳撤逃之骑兵第2旅等部4000余人，继续向沈阳以西逼近。31日，第1、第2纵队进抵沈阳西郊，第2纵队一部与第12纵队在沈阳西南地区会师。至此。会攻沈阳各部已逼近城郊，沈阳城垣完全裸露在解放军的攻击之下。沈阳守军纷纷与解放军联系起义和投诚事宜。
对于攻占沈阳，中共中央和东北局特别强调在加强军事打击的同时，应大力开展政治攻势，瓦解守军。还在10月17日，中共中央东北局即召开临时全体会议，根据锦州解放和长春第60军起义后的东北战场形势，认为沈阳地区国民党军有“变为长春第二”的可能。因此，提出加强“敌军工作委员会”的工作，加强对沈阳及其周围据点国民党军的政治争取工作。指示辽宁、辽北、安东3省及中共地下党组织“利用一切关系及办法瓦解敌军”。对待国民党军起义的政策，东北局提出：“由于形势的发展，我们估计今后还可能有动机不同、形式不同的起义事件发生，因此需要对这一问题有一明确的政策。我们对于一切合乎中央所示条件的起义部队，不管其动机如何，均表欢迎态度（同时必须加紧警惕）”，以减少破坏，加速战争进程。
10月20日，中共中央复电东北局并林彪、罗荣桓、刘亚楼、谭政：“东北局关于目前形势与几项工作的决定阅悉，很好，必须要作这样的认识与工作布置。”并强调：你们目前最紧急的工作，是继续争取瓦解敌军，与巩固并准备逐步改造起义、投诚的部队；立即动员大批得力干部不仅去接管长春，而且要准备接管沈阳及抚顺、本溪；加紧训练俘虏及投降的士兵，等等。
防守沈阳的第53军原是一支东北军部队，一向受蒋介石嫡系部队歧视和排挤，所部军官大多数是东北人，士兵也以东北人较多。调到东北战场后，中共中央东北局、东北军区即采取各种形式做该军将领工作。吕正操、于毅夫等以东北军旧僚身份给第53军将领写信，劝其把握时机，率部起义。1948年5月间，“东总”，将冬季攻势中俘虏的第53军第116师师长刘润川等军官释放回沈阳，并托其携带吕正操的亲笔信给第53军军、师长。信中规劝说：“东北沦陷，家乡涂炭，十几年来无人挽救。日寇降后，方期重见天日。不料内战又兴，荼毒生灵。是非进止，早在洞鉴。兄举足重轻，跷希以待。”敦促其认清形势。早日站到人民方面来。
同时，中共中央东北局还派遣地下工作人员潜入第53军内部进行策反工作。在人民解放军兵临城下沈阳城破在即之时，第53军各部及新1军暂编第53师等部均有弃暗投明之心，并通过各种渠道与解放军接洽起义、投诚。
但是，负沈阳防守总责的第8兵团司令官兼第53军军长的周福成执迷不悟，决心与解放军作对到底。青年军第207师是一支国民党军“党化”部队，也拒绝放下武器，作最后挣扎。
东北野战军首长决心以军事打击迫使沈阳守军放下武器，解放沈阳。11月1日下达了总攻命令。具体部署是：由第2纵队司令员刘震、政治委员吴法宪统一指挥第1、第2纵队，从沈阳以西和西北面突破；由第1兵团司令员萧劲光、政治委员萧华指挥独立第1、第3、第4、第12、第13师，从东而和北面突破；第12纵队由南面突破。
1日拂晓，各攻城部队于20分钟内突破守军第一线阵地。新编第1军暂编第53师经解放军争取，与东北野战军独立第2师取得联系，经中共辽北省委和辽北军区首长同意。在该师师长许赓扬率领下于1日上午宣布起义，随即该师开到市郊新城子集结。
10时，第2纵队和第12纵队一部攻入守军主要设防区铁西区，战至12时，全部占领铁西区。歼第207师第1旅、暂编第59师（由新3军逃往沈阳的残部编成）及装甲兵团8个连。第1纵队于12时突破第207师阵地，俘8000余人。第12纵队主力于19时攻占城南机场，歼第207师及守备总队各一部。由城东和城北突破之各独立师进占中央大街、联合总兵工厂、九一八仓库，控制小北边门及大、小东边门。
在东北解放军强大的军事攻势打击和政治争取下，以及沈阳市内一些民主人士宣传与鼓动的积极配合，守军无力也无心组织抵抗，整师整团向解放军请降。在攻城部队未到之处。守军建制部队或集结于大建筑物内等待，或派代表寻找解放军受降。重炮第11团官兵将18门美式155榴弹炮完整无损的交给解放军时说：这是国家的财产，现在我们把它交还国家。汽车第11团全部车辆摆好队形，司机端坐车上。等待解放军接收。守备第2总队司令秦祥征对前来接收的解放军说；你们今天来缴也行，明天来缴也行，反正我们等着就是。第53军官兵，在副军长赵国屏及师长王理寰率领下宣布投诚。发誓与沈阳共存亡的周福成被迫放弃指挥，躲入大西门里世合公银行，于1日中午率中将高参苏炳文等300余官兵，从银行大楼出来投降。17时，市内守军全部解决，惟有青年军第207师残部仍在个别据点负隅顽抗。2日，东北野战军独立第12、第13师在东郊东大营将第207师第1旅一部歼灭；第2纵队第6师在南郊乔家窝棚将企图突围的第207师第2旅一部歼灭。至16时，沈阳守军全部被歼，东北最大的工业城市沈阳宣告解放。
人民解放军在攻沈作战中，共歼灭与接受起义、投诚国民党军13．4万余人，生俘或接受投诚的国民党军将级军官106名，缴获各种炮1658门，装甲车114辆，坦克43辆，汽车841辆及大量军需物资。
在攻沈作战期间，陈云率军事管制委员会4000余名干部随攻城部队进入沈阳开始接管工作。一进城即向沈市原有公教职工、公营企业人员发布6项规定：应按原有职务照常上班；应各负责保管所属部门一切资产、设备、机器、文件、档案、账册等；应将所属部门人员、资产等简要情况按原有组织系统分别造册。呈交军管会所属各部门；呈报手续由各机关主管人员负责办理。限3日内呈报完毕；以上事项办理妥善者一律予以奖励，如有违抗或办理不当者，即予惩处；一切到职工作人员，按具体情况由军管会酌发维持费。
人民解放军沈阳卫戍司令部发布第1号公告，对全体市民和接管人员及入城部队作了如下7项规定：
1．本市全体市民均应遵守民主政府法令，各安生业。各界人民及外侨生命财产，一切私人工商业财产及其合法之营业，本部均切实负责保护，决不许任何侵犯。
2．为确保城市秩序，防止破坏分子活动，特实行临时戒严，在戒严时间内，任何军民人等一律禁止出入城。
3．本部负责保护本市一切公共建筑物、公共机关、仓库、工厂、火车站、飞机场、邮电、自来水、电车、银行、学校、医院、图书馆、教堂等、严禁任何抢劫破坏行为，如有违犯，决予严惩。
4．仍藏匿的国民党军官兵，应向本司令部投诚报到。凡自动投诚报到及持有武器自动交出者不予追究，并斟酌情形予以优待；凡迟不报到者。一经查出即予严办；窝藏不报者，亦须受到应得之处分。
5．凡国民党军所隐藏或分散遗弃之武器及军用物资。必须向本司令部报告缴送。自动报告缴送者奖，隐藏不报者罚。
6．本部切实执行保障人权法令，任何机关部队不准非法捕人。
凡一切破坏分子，军民人等均有检举报告之义务，但无自行处理之权利。
7．在军事管制期间，除卫戍部队与本市工作人员外，其他任何部队和工作人员均不许入城。指定之入城部队与机关工作人员，必须严格遵行中国人民解放军总部颁布之《三大纪律八项注意》及中共中央东北局、东北野战军颁布之城市政策及一切入城纪律和规则。必须严格遵守群众纪律，不得擅入民房，不拿群众一针一线，实行公买公卖；对一切公共建筑物与企业资财均须负责保护，不得自由迁运、拆卸、动用；驻城部队不许自由外出，不准无故鸣枪，严禁进出烟馆、妓院，不许自由进出影院、剧场。
这2个规定的颁布与执行，对于维护社会治安，迅速建立民主秩序，保障城市接管和恢复工作的顺利进行，起了很重要的作用。新华社于11月4日广播了这2个规定的全文。为以后全国各大中城市的接管提供了一个范本。
从11月3日晚，军管会所属军、政、市、财、经、公安、铁路、后勤八大系统分头接收，自上而下，按原有系统完整接管。原有职工一律上班。重要部门派驻军事代表。市内秩序迅速恢复，生产和生活步入正轨。11月28日，陈云向东北局和中共中央报告了《接收沈阳经验》。陈云认为，沈阳之所以能迅速恢复城市秩序，关键是抓好5件事：尽快恢复电力供应；迅速解决金融物价问题；收缴旧警察枪支，应在原岗位徒手服务；立即出版报纸，以传布政策，稳定人心；妥善解决工资问题。报告建议：“中央和各战略区野战军，均需准备有专门接收大城市的班子，待工作告一段落，即可移交给固定的市委等机关。”
沈阳接管的成功经验，对于尔后关内其他大城市的接管具有重要的借鉴和指导意义。中共中央随即将《接收沈阳经验》转发各中央局和各野战军前委。
（四）攻占营口，收复锦（西）、葫（芦岛）
退守营口的第52军军长刘玉璋接卫立煌要其率部向沈阳收缩的命令时，解放军正向沈阳、营口逼近，他惟恐在退沈途中被歼，未敢行动。旋即又奉蒋介石指令据守营口，待命撤退。该军遂在营口构筑工事，阻止解放军向营口逼近，以掩护主力撤退。与此同时，国民党军海军总司令桂永清亲率“重庆”号及1艘登陆艇和10艘商船于10月31日抵营口港外待命。
在围歼廖耀湘兵团末期，奉命夺取营口的各纵师加速向营口赶进，以阻止沈阳地区国民党军会同第52军从营口撤退。第9纵队由大虎山南下。经台安于海青湾渡过辽河，其一部解放海域，主力直取营口。第7、第8纵队和辽南独立第2师在辽西作战结束后未及休整。29日在卡力马、老达房渡过辽河。于30日解放辽阳、鞍山，继续向营口急进。
11月1日，第9纵队进至营口以东、以南地区，形成对营口的包围态势。并以1个重炮团占领营口以北阵地。刘玉璋为掩护该军主力撤退，乘解放军立足未稳，集中2个团兵力和全部火力，向营口以东老爷庙、大小白庙、马圈子等第9纵队阵地实施猛烈反扑，均被击退。当日夜。第52军开始登船。
此时，第7、第8纵队和独立第2师已进抵营口以北、以东地区。东北野战军指示：以第9纵队司令员詹才芳、政治委员李中权统一指挥总攻营口。2日7时，第9纵队首先发起攻击，第25师从东南邵家屯突破守军防线插入市区，一路向北攻击，仅30分钟即攻占海关码头，进占火车站；一部插入守军核心地区，歼其近2个营；师主力向东部攻击分割，将守军歼灭。第27师一部在西南迅速攻占西海口炮台，控制了海岸阵地及海口；师主力于五台子突破宜都市军防线，向海岸方向猛追。随即，第9纵队第26师，独立第2师及第7、第8纵队各一部投入市区，肃清国民党军残部。正登船撤逃的国民党军，遭第9纵队重炮团和进抵海岸之各种火力猛烈射击，1艘轮船被炸沉没，炸死、烧死、淹死者甚众。
至2日10时。第52军除近万人乘船逃走外，其余均被歼灭。
营口战斗，共歼第52军第2师等部计1．4万余人，击毁国民党军运输舰1艘、军用商船22只。缴获大炮88门，汽车66辆及大批弹药物资。
至此，辽沈战役胜利结束。
东北野战军解放沈阳、营口后，杜聿明奉蒋介石之命。指挥撤退锦西、葫芦岛地区国民党军。其中第62军、第92军第21师及独立第95师海运秦皇岛，归还华北“剿总”建制；第39、第54军海运上海、南京，继开蚌埠，投入徐蚌战场。11月9日，人民解放军收复锦西、葫芦岛。12日，驻守承德的国民党军第13军撤入关内。
至此，东北全境和热地区全部解放。
华北解放军举行察绥战役，配合东北决战
（一）华北解放军配合东北野战军作战的部署
东北野战军主力南下进行北宁线作战，有可能受到沈阳卫立煌、北平傅作义集团的夹击，这是东北野战军领导人最顾虑的一个问题。因此，林彪、罗荣桓、刘亚楼于1948年7月22日向中央军委建议：“在我们南下尚未暴露之前，请设法派兵围攻大同。
将傅作义部队分散到大同方面，以便我军能各个击灭敌人。”为确保东北野战军主力北宁线作战得手，中央军委、毛泽东采纳了林彪、罗荣桓、刘亚楼的建议，决定以华北解放军在平绥线发动攻势，吸引傅作义部主力西顾，使华北国民党军不出关或少出关增援东北，从而减轻北宁线作战的压力。
7月23日，中央军委致电华北军区司令员聂荣臻、政治委员薄一波，对华北解放军配合东北野战军作战进行了部署。