10月8日，国民党军"西进兵团"开始由新民和辽中分路西进。东北野战军以第5纵队和第6纵队主力在彰武东南地区采取运动防御，将其诱向西北方向；以第10纵队和第1纵队第3师在新立屯以东地区，坚决阻击其向锦州增援。至13日，"西进兵团"进占彰武和新立屯以东地区，炸毁了彰武铁桥，切断了东北野战军的后方补给线，企图引诱攻锦部队回援。"东进兵团"于10日开始以3至5个师的兵力,在海、空军火力掩护下,向塔山实施连续猛攻，企图打通增援锦州的通道。第4纵队在第11纵队和独立第4、第6师的密切配合下，依托野战阵地，以坚守和阵前反击相结合，激战六昼夜,击退"东进兵团"数十次冲击,歼其6000余人，守住了塔山阵地,保障了攻锦部队的侧后安全,为攻克锦州赢得了时间。此即著名的塔山阻击战。10月9日,东北野战军攻锦部队在东西两翼阻援部队的保障下发起锦州之战，首先进行外围战斗，至13日，控制了锦州外围有利地形。14日10时，各突击集团向锦州城发起总攻，先以猛烈炮火集中摧毁城墙及附近的守军工事，打开了缺口。11时左右，南北两个突击集团在炮火的掩护和坦克的支援下，发起猛烈冲击，迅速突入城内，展开激烈的巷战，打退守军步兵、坦克的多次联合反扑。接着，后续部队源源跟进，向守军纵深发展进攻。随后，东突击集团也突破了城垣。各部队采取穿插分割、迂回包围等战术手段，将守军插乱、割裂，然后在炮火、坦克的掩护下，以火力、爆破、突击相结合,对固守据点的守军实施攻击。15日拂晓前,各路攻城部队在锦州城内会师，歼灭了东北"剿总"锦州指挥所和第6兵团部，守军仅剩约1万人固守锦州老城。当日中午，第7纵队和第2纵队一部向老城攻击，至18时全歼守军。锦州之战共歼灭守军10万余人，内俘范汉杰以下近9万人，完全封闭了东北国民党军从陆上撤向关内的道路。在锦州作战中，东北国民党军共出动飞机1069架次，担负空运和空中支援任务。攻锦部队击落飞机15架。19日，中央军委致电东北野战军领导人,指出：锦州之战"部队精神好,战术好，你们指挥得当，极为欣慰，望传令嘉奖"。
蒋介石在锦州城破之日再次飞抵沈阳，严令长春守军立即突围向沈阳撤退。但由于围城部队的军事压力和政治争取，在锦州失守后，长春守军第60军军长曾泽生于17日率部起义,围城部队接管了长春东半城。19日,新编第7军军长李鸿率部投诚，长春和平解放。21日，郑洞国亦率其兵团部放下武器。
举行辽西会战，围歼国民党军"西进兵团" 锦州城破、长春第60军起义后，蒋介石于10月18日第三次飞抵沈阳，部署总退却。他判断东北野战军攻锦作战伤亡很大，需经一个月以上休整补充才能再战，遂令"西进兵团"由彰武等地经黑山、大虎山向南，在"东进兵团"策应下夺回锦州，然后掩护沈阳守军经北宁铁路撤入关内；并将第207师第3旅及在沈阳的重炮、装甲部队均调给"西进兵团"，以增强其进攻实力；第8兵团继续防守沈阳。另以第52军(辖第2、第25师)由辽阳南下，抢占营口，以备"西进兵团"前进受阻时改经营口会同沈阳守军从海上撤退。蒋介石唯恐卫立煌不执行命令，令徐州"剿总"副总司令杜聿明任东北"剿总"副总司令兼冀热辽边区司令官,指挥撤退行动。
10月18日，林彪、罗荣桓获悉"西进兵团"一部已占新立屯并继续南进，判断沈阳之敌有可能经锦州实行总退却，遂致电中央军委，建议采取诱敌深入方针，在辽西新立屯、黑山、沟帮子(锦州东北)地区打大歼灭战，各个歼灭总退却的国民党军。中央军委19日批准了这一建议，并指出，必须以一部兵力控制营口，堵塞沈阳之敌向营口的退路。20日，林彪、罗荣桓作出了举行辽西会战，以拦住先头、拖住后尾、夹击中间、分割包围的战法歼灭"西进兵团"的部署:以锦州地区的第2、第3、第7、第8、第9纵队和第1纵队主力、第6纵队第17师及炮兵纵队立即隐蔽地向新立屯、大虎山、黑山方向急进，从两侧迂回包围"西进兵团"；第5纵队由彰武西南移至阜新东北地区，第6纵队主力仍位于彰武东北地区；第10纵队和第1纵队第3师、内蒙古军区骑兵第1师由新立屯东北后撤至黑山、大虎山一线，组织坚守防御，阻止"西进兵团"向西南前进，以争取时间待主力赶到予以围歼；第4、第11纵队等部继续在塔山地区阻击"东进兵团"；第11纵队一部和独立第4、第6师向山海关方向佯动，制造野战军主力入关的声势；第1兵团指挥第12纵队和5个独立师及内蒙古军区骑兵第2师，由长春南下铁岭、通江口地区,牵制沈阳守军；独立第2师由辽阳赶到营口，切断国民党军海上退路。当日，林彪、罗荣桓还下达了全歼东北国民党军的政治动员令，号召全体指战员乘敌在总撤退中的恐慌混乱，克服连续作战中的种种困难，与敌决战，全歼该敌。
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