1946年11月，成立第三纵队，下辖独二旅、独三旅、独五旅。许光达任纵队司令员，孙志远任政委。
1947年8月4日，奉中央军委命令，率三纵队西渡黄河，归西北野战军建制，参加攻击榆林战役。7日，攻克高家堡，全歼敌二五六团。随后，参加了掩护中央机关转移的乌龙铺战斗。
10月，率三纵参加延长、延川、清涧战役。10日，攻占延长、延川；6日至10日，会同一纵，攻克清涧，俘敌七十六师中将师长廖昂。
1948年2月，率三纵队参加宜川、瓦子街战役。负责指挥围攻宜川，以引诱刘戡主力沿洛宜公路东进。24日，率三纵包围宜川，扫清外围据点。
3月1日，刘戡主力在瓦子街被歼，2日，指挥三纵队攻克宜川，全歼守敌，俘敌二十四旅中将旅长张汉初。
4月，率三纵队参加黄龙山战役，负责围攻洛川。17日，延安守敌弃城，沿洛（川）白（水）公路南逃，26日，许光达指挥三纵队在洛川以南之王庄镇，石头镇地区展开追击战，直至白水城下，歼敌三千余人，缴获敌全部坦克、汽车、榴弹炮、野炮，山炮等重武器。
8月，率三纵队参加澄（县）郃阳战役。
10月，率三纵参加荔北战役。
11月，率三纵参加冬季战役，与二纵、六纵组成左翼兵团，东渡洛河，28日会同二纵攻克永丰镇，全歼敌七十六军。
1949年2月1日，根据全国统一编制，西北野战军整编为中国人民解放军第一野战军，第三纵队整编为第三军，下辖步兵第七师、第九师，许光达任三军军长。
7月，南北战场展开全面进攻，军委决定组成大兵团作战，以三军，四军、六军组成第一野战军第二兵团，许光达任兵团司令员，政委王世泰。
7月7日，率二兵团参加扶郿战役，先后解放扶风、宝鸡、凤翔。24日，率二兵团参加陇东追击战，先后解放陇县，安口窑，华亭、化平、通渭。
8月12日，率二兵团参加兰州战役，指挥二兵团担任主攻兰州的任务。26日，解放兰州。
9月，指挥二兵团沿兰新公路向西北追击，21日与一兵团会师张掖。
1950年4月，被任命为中国人民解放军装甲兵司令员兼政治委员，开始组建装甲兵的各项工作。
9月，装甲兵领导机关在许光达主持下在北京正式成立。同月，成立第一所坦克学校--中国人民解放军战车学校，兼任校长。
1951年1月，深入抗美援朝前线，实地调查。回国后，组织志愿军后续坦克部队入朝作战。
1955年9月，许光达被授予大将军衔，荣膺一级八一勋章，一级独立自由勋章、一级解放勋章。
1956年9月，在党的第八次全国代表大会上被选为中共中央委员。
1959年9月，被任命为中华人民共和国国防部副部长。
1956年至1966年，先后率军事代表团、政府代表团、友协代表团、友好代表团十次出访欧、亚、非数国。
1969年6月，被林彪、“四人帮”反革命集团迫害去世，享年61岁。在长达十八个月的非法审讯过程中，光明磊落，坚持真理。1968年4月20日，他在《毛泽东选集》上写了一首诗：“百战沙场驱虎豹，万苦艰辛胆未寒，只为人民谋解放，粉身碎骨若等闲”。
1977年6月3日，中央军委签发六号文件为许光达平反昭雪。
6月9日由中央军委主持驻京三军指战员代表举行骨灰安放仪式。
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