国民党驻守金门岛的是第22兵团第5军和第25军以及刚从台湾调来的第201师，拥有8个团2万人。其中，第5军原是国民党的“五大主力”之一，不过，第5军的老部队已在淮海战役中全军覆没，现在的第5军是其残余及征召新兵重新组建而成的，且在厦门战役中，其166师已基本被歼，剩下的第5军军部和第200师约3000余人据守在小金门。第25军是一个屡战屡败的部队，早在淮海战役第一阶段，该军即被歼于碾庄，后在福建重新建军，又在我进攻福州的战斗中基本被重歼，残部逃到金门时仅缩编成一个团，之后，国民党空军又将机场警卫部队编成40，45两个师，与原25军残部一起重新成立了25军。
刚刚从台湾调至金门的第201师是原青年军部队，是抗日战争末期******以“十万青年十万军”为口号组织起来的，其待遇、装备均较其他部队优越，被******视为心腹嫡系。
此外，金门岛还有一支装甲部队，即国民党战车第3团第1营。该营于1949年初组建，其主要成员均是从双堆集包围圈和华北战场上逃回的装甲兵人员，该营拥有重15吨，配置一门37毫米炮的美制1、15八1坦克21辆，是反登陆作战强有力的力量。
战前分析，国民党在大金门岛和小金门岛各驻军17000和3000人，其中，新兵又占多数，只有201师和战车营是较有战斗力的部队。当时，金门岛上虽然抢修了一些防御工事，但这些工事防御能力并不强大，多是成一线配置的野战土木工事。
28军前指受命攻金后开始了渡海作战准备工作。然而，由于国民党从大陆沿海撤退时，对渔民的船只大肆破坏和掠夺，所剩渔船寥寥无几。这使我军准备渡海作战船只发生困难。直到10月24日才搜集到集中一次可航渡3个团约8000人的船只，这离10月18日下达的进攻金门作战的部署命令的总攻时间：10月20日已推迟了4天。
10月18日下达了作战部署命令，其时，兵团包括叶飞司令员在内的不少领导到达厦门才4天时间，命令要求：以我28军82师全部、84师251团、29军85师253团及87师259团共6个团的兵力分两个梯队进攻，以迅雷不及掩耳的动作直插小金门。这一命令所要求准备的船只实际上直到真正发起总攻时也未征集完成。
由于无法筹措到一次性渡运6个团部队的船只，第28军前指作出了如下一个过于理想化的预想：第一梯队登陆3个团，纵使有部分损失，船只返回时第二梯队、第三梯队还可以再航渡3个团，这样总共可有6个团大约13000人登陆。
这预想未曾料到，这些新筹措船只的船员大多是外地人，内航道不熟，又未经统一施训，故指挥调度十分困难。也未考虑敌情和海情的变化，敌人随时可能的增援，更未考虑国民党海，空军较为强大的作战能力。况且，在厦门之战结束时，金门守军已经得到了胡琏兵团18军的增援，岛上国民党总兵力已达30000人。
国民党总部不仅命令胡琏兵团18军增援金门岛，而且还不断派兵增援，这一态势已为10兵团领导所觉察。当解放金门的计划上报到主管华东野战军作战事宜的粟裕副司令员那里时，粟裕曾特别强调了如下。
三点：（1）以原敌25军108师12000人计算，只要增敌1个团也不打：（2）没有一次载运6个团的船只不打：（3）要求苏北或山东沿海挑选6000名久经考验的船工，船工不到不打。然而，过于轻敌的28军领导和10兵团领导却轻率地认为，只要能在大规模增援之敌还未立稳脚跟前攻占小金门，就能蠃得战役的胜利。
第一梯队仓促登陆。一场并没有经过细致研究，又缺乏渡海船只的两栖作战就这样在24日晚7时开始了。28军第一梯队登船完毕后，军前指曾一度犹豫，再次向兵团请示：是否按原计划行动？而怀着捕捉战机的兵团领导传来不容变更的指示：决心不变！
24日深夜潮涨之时，由28军82师244团、84师251团和29军85师253团组成的进攻金门第一梯队分别从莲河、大橙岛、后村等地起航，原计划中的82师指挥所因船少而未参加第一梯队的登陆作战，由于渡海前各部队没有进行协同演练，所以，登陆船队一离开码头，即与上级指挥所失去联系，而且在航渡中遭到国民党炮火拦截时，登陆船队间又缺乏协同作战的经验，一些船只在航渡中已被打散。
尽管如此，我第一梯队的3支登陆部队在25日凌晨2点分别登陆成功。左翼244团在金门岛蜂腰部北岸琼林、兰厝间登陆成功，抓获国民党官兵100余人，占领了敌十多个碉堡；中路的251团先头营在金门岛西北部的安歧以北，林厝以东顺利登陆后，后续营的登陆却遭到敌炮火的猛烈袭击，伤亡近1/3；右翼253团在西北角的古宁头、林厝间顺利登陆后，随即向敌发起进攻，于拂晓前攻占了古宁头滩头阵地。
我第一梯队登陆是较为顺利的，但只有右翼的253团3营巩固了团的登陆场，后来的事实表明，253团3营巩固的登陆场，为整个登陆部队后来坚持3昼夜的抗击创造了极为基本的条件。
3支登陆部队没有统一的指挥，在有几个人打几个人的仗，不等待，不犹豫，向里猛插的战术思想支配下，兵分几路向纵深处猛插狠打，在突破了敌第一道防线之后，于拂晓前攻至西山，观音亭山、湖尾、湖南高地及安歧、埔头一带，之后，又乘胜向敌第二道防线发起了猛烈的进攻。
第一梯队登陆成功之前，28军前指已分别安排了3名军，负责组側队返航。临行前，28军副军长握着3位参谋的手说：你们别无其他任务，你们的任务就是组织和督脚队抵滩登陆后舰碰，切记！切记！一定要迅速返航！
可是，登陆部队成功登陆之后，船队却没有返航。
原来，第一梯队船只登陆时，在早晨2点钟左右，是涨潮的最高峰，国民党军原先设在海滩的障碍物多被潮水覆盖，许多船只冲到障碍物的上面，船底被挂住了，部队被迫在障碍物中下水，而船只却一时难以动弹，加上当时敌人的火力较猛，船工们纷纷躲避，各船抵滩也有先有后，3位参谋的叫喊声被巨大的枪炮声淹没了，只有等待我军攻占了滩头阵地后，才能将到处藏身的船工召回返航。可谁也没有想到，我军还未站稳滩头，大海就已开始退潮，而且退得极快1当3位参谋发现退潮时，潮水已经退到10米开外。
这几十艘返航的船只在离开金门岛时，就遭到敌滩头的排炮袭击，不少船只被击沉、击伤，后来，船队又遇到了国民党海军军舰的拦截，从古宁头返航的船队又莫明其妙地误驶入敌军舰潜伏区，后又被我军情报船误认为国民党的增援船队，被我军布置在厦门湾、石码一线的远程炮群全部击沉。
25日上午6时，萧锋副军长，85师师长兼政委朱云等心急如焚，已经放亮的天空下一片惨烈的景象，指挥员们隔海看到了在敌军轰炸和炮击中燃烧的船只，原定运送11000人登岛作战的第二、第三梯队计划巳经难以实施。无可奈何之中，他们向兵团领导请求援助。请求立即派船只支援，可此时哪里还有什么船只？
我军的强打猛攻给国民党的守军以极大的杀伤为了保住台湾岛的前沿阵地，为了给台湾岛留下一个屏障，******决定不惜一切代价守住金门岛。
25日凌晨4点，国民党海防第2舰队司令黎玉玺少将受命率舰队旗舰“太平”号自澎湖基地开往金门岛增援。黎玉玺到达金门之前，已令驻守金门岛的国民党海军进行海上封锁，敌“202”号扫雷舰、“南安”舰驶入古宁头西北岛沙水道，炮击我登陆部队，而“楚观”联锋“淮安”等舰和“203”号扫雷艇、“15”、“16”号炮艇等则开至大小金门之间，守护大金门的四侧后方。
******在派海军封锁海面的同时，于25日凌晨4点30分派胡琏兵团的18军118师、19军14师，18师52团和11师的一个团在坦克和炮兵的配合下从暹罗湾登陆。当时，解放军登陆部队离滩头阵地已达十多里路，胡琏看到这一情况，下死命令将该兵团主力18军投入战斗，来了个反包围，又派迂回部队占领了解放军滩头哞地，切断解放军后撤的退路，并用炮火将解放军登陆部队因潮水退却而搁浅的船只全部击毁。
解放军244团团长刑永生带领全团战友一直顽强战斗到25日中午12点，在全团官兵大多牺牲的情况下仍坚守阵地。251团的主力则一直与敌激战到下午3点。之后突出重围，与古宁头的253团会合。
251团副团长冯绍堂带领固守林厝的两个班的战士，苦战了整整9个小时，打退了敌人的7次进攻，后来，为保存实力，主动突围到古宁头，与253团会合。我军三支登防部队在敌强我弱的情况下一齐会合至古宁头与敌激战。整整一天一夜，我官兵滴水未进，粒米未入，而数倍于我军的敌人则仗着人多势众，不断地轮换着包围解放军登陆官兵，就这样，战斗一直坚持到25日的黄昏，官兵们借助于夜幕才又蠃得一个有利的作战时机。至此，解放军3个团的登陆兵力已损失半数以上，据岛上步话机的报告，第244团仅剩700多人，第251团剩下1200多人，第253团剩余人数较多，但弹药却十分缺乏，而国民党军队在黄昏前又投入较多兵力，企图将解放军首批登陆部队全歼于古宁头，后被解放军借助夜幕打退。
整个金门岛战役，10月25日晚至26日天亮前的一夜是决定整个战斗成败的关键一夜，关于这一夜的重要性，国民党第19军军长刘云瀚于1980年1月在台湾出版的《中外杂志》上发表了题为“追述金门之战”的文章，其中写到：
到了10月25日入夜以后，成为最危险的一夜。因为我军经过了整天激战，所有的控制部队都投入战场，除伤亡相当大外，多感疲劳；甚至胜负之数还未易言。幸好由于匪军没有船只，无法继续航渡来援，所以我们能够平安渡过这最危险的一夜。
当时，面对隔海的金门岛我10兵团和28军前指的指挥员心急如焚。10兵团领导机关一面研究作战对策，一面再度派人搜罗船只。虽经多方努力，所汇集的船只只够载运4个连的兵力。28军前指的领导认为，以如此少的兵力“添油”式地增援，于事无补，还不如派船去尽量多撤运一些人回来。可兵团领导这时仍求胜心切，认为还有挽回局面的一线希望，基于此，28军前指决定由巳内定为82师副师长的第246团团长孙玉秀率该团两个连及85师的两个连增援金门第一梯队登陆部队，并决定由孙玉秀负责整个登陆部队的指挥。
25日夜间，国民党部队最为担心的就是解放军进行后援，因而派飞机在海面上巡逻，并投掷了大量的照明弹，“太平”号旗舰也率两艘炮艇往返巡行于古宁头以北的海面上，拦截一切从大陆来的船只，并不断向大陆及古宁头方向炮击。
面对如此困境，孙玉秀带领4个连的官兵，不顾炮火的袭击，机动灵活，利用夜幕的掩护躲过了国民党海空军的巡查，终于在25日凌晨3时分别在湖尾乡和古宁头登陆成功。
4个连分成两部分，从湖尾乡登陆的是孙玉秀带领的246团的两个连，他们一登陆即歼灭了国民党军1个营，随后又向双乳山一带推进，并积极与第一梯队取得联系。从古宁头登陆的85师259团的2个连，一上岸就进了国民党部队封锁区域，他们只得利用火力占领了几个碉堡，然后依据这些碉堡顽强抗击了整整一天，打退了国民党部队的一次次进攻，直到26日夜间弹尽粮绝而失利。
26日凌晨，我第二梯队登陆的孙玉秀与第一梯队登陆部队取得了联系，当时，第244团团长刑永生、第251团团长刘天祥和第253团团长徐博都向军前指报告，说部队受到很大鼓舞，并一致拥护孙玉秀统一指挥。
在孙玉秀的带领下，246团的两个连很快突破了敌人的封锁，来到古宁头，与第一梯队会合，不过，由于第二梯队增援人数实在太少，众寡悬殊且四面受敌而无法改变战局。
26日，是我进攻金门岛将士极为悲壮的一天，天亮后，岛上的情况急剧恶化，经过休整的国民党驻岛主力部队又一次在海空军的掩护下向古宁头―林厝，埔头一带猛烈反扑，据当天上午接到登陆部队传来的报告，我251团、253团现存人数不过数百人。
26日上午，国民党第12兵团司令胡琏赶到金门，和汤恩伯等一起到前线督战。国民党军步兵对古宁头久攻不克，胡琏，汤恩伯等要求台湾派飞机对村中建筑猛轰狂炸，再用坦克炮和火箭筒逐一抵近民房射击，即使如此，在我军顽强的巷战、肉搏战的坚持下，敌3个师的兵力经过整整一天反复冲击，也未能冲破我军的阻击。
26日深夜，早已弹尽粮绝，两昼夜未进粒米的我登陆部队已难以支持，孙玉秀、刑永生、刘天祥、田志春、徐博、陈立华在一个山沟里举行了临时作战会议，鉴于我军登陆的10个营已伤亡5000多人、已没有完整的连和营，决定将所存部队分为几股打游击，同敌人周旋到底。
22时，28军前指在毫无办法可施的情况下，电告我登陆部队，为保存最后一分力量，希望前线各级指战员机动灵活，从岛上各个角落，利用敌人或群众的竹木筏及船只，成批或单个越海撤回大陆，我们沿海各地将派出船只、兵力、火器接应和抢救撤回的人员。
26日深夜之后，28军前指与登陆部队的联系逐步中断。27日凌晨，我253团团长徐博来电说，该团1营600多官兵已在古宁头全部牺牲，剩余的150多人和244团的70多人正准备到海边找船，这是253团最后一次来电，之后就音讯杳无了。251团团长刘天祥最后一次同军前指通电说，我的生命不长了，为了革命没二话，祝首长好。新中国万岁！共产党万岁！毛主席万岁！刘团长的话还未说完，耳机内传来一阵爆炸声，刘团长光荣牺牲了。
26日午夜，我登陆部队在夜幕的掩护下向北突围，在海边寻船未获的情况下向东南方向转移，准备到山区与敌人长期周旋，以等待后续部队的到来。到27日下午，这部分官兵被敌发现，随即突围至双乳山附近，再度与敌遭遇，激战中，我官兵边战边再次完成突围。
然而，我完成突围的官兵遭到了国民党海军军舰的炮击，这些军舰绕到古宁头北面海上，用舰炮向地面炮火射击不到的死角轰击，在敌海陆武器的夹击下，我有武器的官兵一直战至牺牲，没有弹药的官兵被俘，至27日上午10时，金门战斗基本结束。