解放战争的第三年，战局发生了重大变化。在东北战场，国民党军总兵力约五十五万人，人民解放军已达一百零三万人，东北地区百分之九十七以上的土地和百分之八十六以上的人口已获得解放，人力物力充足。蒋介石和东北"剿总"总司令卫立煌对东北战局深感忧虑，处于欲守无力、欲撤难舍的状态，故将主力收缩在沈阳、长春、锦州三个孤立地区，采取集中兵力，重点守备，相机打通北宁线的方针。中共中央从全国整个战局出发，认为同国民党军进行战略决战的时机已经成熟，决定把战略决战首先放在东北战场，并制定了主力南下北宁线（今京沈铁路）攻克锦州，把国民党军封闭在东北，各个歼灭的作战方针。林彪、罗荣桓领导的东北野战军，集中了五十三个师，七十余万人，1948年9月12日发起辽沈战役。整个战役分为三个阶段。
第一阶段 夺取锦州，封闭东北国民党军。东北野战军南下，向北宁路沿线发起进攻。至10月1日，先后占领了昌黎、绥中、义县及塔山等地，切断北宁线，将范汉杰兵团分割包围在锦州、葫芦岛、山海关三个地区。2日，蒋介石飞抵沈阳，抽调十一个师组成由侯镜如指挥的东进兵团，以十一个师又三个骑兵旅组成由廖耀湘指挥的西进兵团，企图东西对进，以解锦州之围。10日，东进兵团向塔山猛攻，遭到解放军顽强阻击；西进兵团也进展缓慢。14日，东北野战军五个纵队和一个师分别从东、南、西三个方向，向锦州发起总攻，次日晚占领锦州，全歼守敌十万余人，封闭了国民党军从陆上撤回关内的通道。蒋介石于15日再飞沈阳，督促东西兵团继续进攻，企图重新打通北宁线，并命令长春守军立即突围。17日，国民党六十军在曾泽生军长率领下起义，东北"剿总"副司令郑洞国也于19日率部投降，长春解放。
第二阶段 会战辽西，歼灭廖耀湘兵团。东北野战军根据毛泽东关于全力抓住沈敌、暂不打锦葫的指示，除以两个纵队继续阻击锦西、葫芦岛之外，主力从锦州挥师东进，前阻后断，在运动中歼灭廖耀湘兵团。10月26日夜，解放军对被包围在大虎山以东地区的廖耀湘兵团实施分割围歼，至28日全歼十万余人，生俘兵团司令廖耀湘等高级将领。
第三阶段 攻占沈阳，解放全东北。在围歼廖兵团的同时，为防止沈阳守军从海上撤走，解放军以三个纵队与五个独立师构成对沈阳的四面包围，又以三个纵队直插营口，断其海上退路。11月1日，解放军向沈阳市区发起总攻，次日攻克，歼十三万余人。2日解放营口，歼一万四千人。敌第五十二军一部从海上撤往葫芦岛。辽沈战役至此结束。锦西、葫芦岛地区国民党十二个师于9日经海上撤向关内。
辽沈战役历时五十二天，共歼灭国民党军四十七万余人，东北全境获得解放。这一胜利使人民解放军获得巩固的战略后方和强大的战略预备队，从根本上改变了国共双方总兵力的对比，对加速解放战争的进程具有重大意义。
解放战争时期，中国人民解放军东北野战军和东部队将国民党军卫立煌集团封闭在东北境内，各个歼灭于辽宁省西部和沈阳、长春地区的战略决战性战役。是解放战争具有决定意义的三大战役之一。
东北战场力量对比发生根本变化,决战条件成熟中国人民解放军从1947年下半年转入战略进攻后，经过一年的内线和外线作战，歼灭了大批国民党军，把主要战场由解放区推进到国民党统治区，并直接威胁其政治经济中心南京和上海。至1948年7月,国民党军的总兵力由战争开始时的430万人减少为365万人，其中正规军198万人，能用于第一线作战的仅174万人，且被分割在以沈阳、北平(今北京)、西安、武汉、徐州为中心的五个战场上，在战略上陷入被动。人民解放军的总兵力则由战争开始时的120余万人发展到280万人,其中野战军149万人，武器装备日益改善，作战经验更加丰富，已具有进行大规模运动战、阵地战，特别是城市攻坚战的能力。各解放区已联成一片，在战略上可以直接互相支援。
在东北战场，人民解放军经过1947年夏、秋、冬季三次大规模攻势作战，共歼国民党军38.8万余人，扩大解放区30.7万平方公里。冬季攻势后，部队进行了扩充与休整。到1948年8月，总兵力已达103万人，其中野战军有12个步兵纵队、1个炮兵纵队、1个铁道纵队、15个独立师、3个骑兵师，共54个师70万人,另有地方部队(包括二线补充兵团)33万人。各部队开展了大练兵和新式整军运动,军事和政治素质大为提高。此时，东北地区97%的土地和86%的人口已获得解放，土地改革已基本完成，解放区得到进一步巩固，工农业生产尤其是军工生产有了较快发展，人力物力比较充足。
国民党军东北"剿匪"总司令部总司令卫立煌所部遭到人民解放军连续打击后，处境困难。其总兵力虽然尚有4个兵团14个军44个师(旅),加上地方保安团队共约55万人，但被分割、压缩在沈阳、长春、锦州三个互不相连的地区内。由于北宁铁路(今北京-沈阳)若干段及营口为人民解放军所控制，长春、沈阳通向山海关内的陆上交通已被切断，补给全靠空运，物资供应匮乏。对此，其统帅部深感忧虑。为保存实力，曾考虑放弃长春、沈阳，打通北宁铁路，将主力撤往锦州，以便伺机转用于华北、华中战场。但又顾虑将会在政治上、军事上造成严重后果，因而未敢贸然决策，处于是撤是守举棋不定的状态。
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