就在同一天，刘伯承、陈毅、邓小平在中原野战军司令部驻地召集中原野战军纵队领导开会。会上刘伯承表达了淮海战役第二阶段打黄维的意向，说华东野战军于日内即可结束徐东作战，现正分兵南下，钳制徐州和蚌埠之敌，保障中原野战军侧背的安全。中原野战军当前的任务，是设法将黄维兵团包围起来，尔后分割歼灭。他强调指出，大家要充分认识围歼黄维兵团的艰巨性，打个不好听的比喻，这一仗好比是“瘦狗拉硬屎”。他这是针对双方的实力而言的，中原野战军7个纵队共12万人，与黄维兵团大体相当。
但由于大别山的消耗和部分兵力留置，造成各纵队兵员不足，除第一、四纵队各有9个团外，其余均只有6个团，第九纵队甚至只到了5个团。武器装备方面，除了几十门野炮、山炮、步兵炮和200多门迫击炮外.基本武器只是轻重机枪、步马枪和手榴弹，而且弹药不足。与黄维兵团美械装备的坦克、重炮、自动步枪等相比，处于明显的劣势。邓小平要求大家拿出“倾家荡产”的气魄，他说，只要歼灭了南线敌人的主力，中原野战军就是打光了，全国各路解放军还可以取得全国胜利，这代价是值得的。各纵队领导纷纷表示了坚决打好这一仗的决心。
会议经过热烈的讨论，一致认为，在黄百韬兵团全军覆没之后，黄维兵团为避免孤立被歼的危险，必定会拚死向津浦路靠拢，以同李延年、刘汝明兵团合为一股。由于它机械化程度高，携带有大量辎重，又急于求进，估计会选择宿蒙公路为主要通道。而这里又只有南平集有座大石桥可以通过重炮、坦克。因此，有效地控制宿蒙公路，坚决扼守南平集，是实现阻击和包围黄维的关键。于是，刘伯承、陈毅、邓小平决定把南平集作为扼守要点，令陈赓率第四纵队坚守。
黄维见解放军全线撤至淝河北岸，误认为攻击得手，命令部队乘势攻击前进。但他手下的第十八军军长杨伯涛看出情势不妙，建议暂留蒙城观察一下再说，免得陷入圈套。黄维听了也感到言之有理，但又顾虑违拗蒋介石限期攻占宿县的命令，因此，犹豫不决，在蒙城周围徘徊了一天。这时，黄百韬兵团被全歼。蒋介石对黄维封锁消息，仍督促他继续北进。黄维只得又沿宿蒙公路向南平集攻击前进。
南平集的阻击战打得异常激烈。黄维志在必得。一连两天，他以主力第十八军担任主攻，动用大量坦克、重炮，轮番向南平集发动猛攻，镇子被打成一片火海，许多房屋被夷为平地。陈赓是位久经战阵的老练指挥员，他命令部队把阵地推进到南平集以南数百公尺的田野上。在正面构成以班、排为单位的集团工事，以减少炮火杀伤，增强独立作战能力。待第十八军冲到阵地前沿，即突然开火给予重大的杀伤。黄维所部付出了惨重的代价，但始终未能攻入南平集。
当夜，刘伯承、陈毅、邓小平向中共中央军委报告：李延年、刘汝明两兵团迟迟不进，黄维兵团远道而来，孤军冒进，态势突出，现在歼击黄维兵团时机甚好。因此决心放弃南平集，在浍河以北布置袋形阵地，诱敌深入，聚歼黄维兵团。24日下午，毛泽东的复电来了，称：“（一）完全同意打黄维：（二）望粟陈张遵刘陈邓部署，派必要兵力参加打黄维；（三）情况紧急时机，一切由刘陈邓临机处理，不要请示。”
刘伯承、陈毅、邓小平立即按计划行动，指挥中原野战军完成纵敌深入、暗设口袋的新布势。他们以第四纵队第十旅和第九纵队一部吸敌就范，利用浍河将南岸的3个军隔断，然后集中第一、二、三、六、十一纵队两翼包围，予以攻歼。当中原野战军主动后撤时，引起了黄维的错觉，他以为第十八军的突击获得成功，于是下令该军经南平集过河，其余部队陆续跟进。正行进间，埋伏在东西两侧的中原野战军突然全线出击，枪炮声和喊杀声响彻浍河上空。第十八军唯恐孤军深入而被解放军割裂在浍河北岸，慌忙又缩回浍河南岸，这时，蒙城也被中原野战军占领。黄维发觉中了圈套，决定不向宿县前进，改道向固镇转移。24日黄昏，中原野战军各路部队乘敌人动摇之机，展开猛烈的向心攻击。战斗力较弱的第十四军当即失去指挥，溃不成军。位于最南面的中原野战军第六纵队和第十一纵队，协力封闭了东南方向敌军的去路。黄维兵团被包围于以双堆集为中心、半径15华里的地区内。第十八军第四十九师掉头南逃，被第六纵队第十八旅跟踪尾追，于26日夜在大营集一带歼灭。
蒋介石并没有料到黄维兵团会这么快落人解放军的包围圈。23日，他召集刘峙、杜聿明到南京开会。由于黄百韬兵团的覆灭，会场里一片沮丧气氛。
蒋介石为了振作士气，对黄百韬的顽抗到底吹捧了一番。当有人提到黄维兵团的处境时，他吹嘘黄维有十数万之众，装备精良，完全有独立作战和支撑的能力。因此，他决定徐州“剿总”的主力向符离集进攻，李延年兵团和黄维兵团向宿县进攻，南北夹击，打通徐蚌间津浦路的交通。刘峙、杜聿明也认为别无良策，这样似乎尚有一线希望，散会后即飞返徐州。飞机经过双堆集上空，杜聿明通过报话机与黄维通话。黄维焦急地说：“当面敌人非常顽强，应想办法，这样打下去不是办法。”杜聿明回答：“今天老头子已决定大计，马上会对你下命令的，请你照令实施好了。”不久，蒋介石的电令果然传到黄维的司令部。同时，从杜聿明那里也传来徐州主力已大举南下的消息。黄维不禁面露喜色，以为转机来了。他下令仍向东南方向进攻，争取与李延年、刘汝明靠拢。
一连几天，黄维驱使各军轮番向解放军阵地进行猛烈的攻击，但在解放军的坚强阻击下，损兵折将，无法突破包围圈。北面的“徐州主力”，根本杳无音讯；南面的李延年兵团，更是毫无影踪。黄维再度陷入失望，连连向蒋介石求救。蒋介石此时正狼狈万状，手里已无兵可调。华北前线，由于东北野战军挥师入关，傅作义的55万人马已处于被包围的境地。西北胡宗南集团，自顾不暇。华中地区尚有张淦兵团和宋希濂兵团，但一来远水难救近火，二来白崇禧存心作梗，设置种种障碍，难以及时调到。蒋介石处于万般无奈之中，只得复令黄维兵团“固守待援”，并下令空军予以配合。命令传到双堆集前线，黄维及其左右的一班高级军官立刻哗然，他们业己感到局势的危殆，但又别无他法，只得准备作困兽之斗。
在中原野战军前线指挥所里，洋溢着热烈而紧张的气氛。刘伯承、陈毅、邓小平轮流在作战室值班，随时掌握着战役的进程。为照顾刘伯承的身体，邓小平常常主动连值两班，对准时来作战室接班的刘伯承说：”这一阵把你拖垮了，你好好去休息。我年轻力壮，应该多担点工作。有大事一定来叫你。”
这一对老战友的革命友谊，在战火硝烟中与日俱增。
这时候，刘伯承、陈毅、邓小平的指挥部已移到宿县西北临涣集附近的小李家，离双堆集仅几十里。在这之前，他们的指挥部往来移动于临涣集周围的严家、周殷圩等村庄，到小李家后相对稳定。这个只有十多户人家的小村庄，从此成为名垂史册的纪念地。
黄维兵团的被围，使中原野战军指战员感到十分欢欣。尤其是第十八军这个老冤家，终于落人罗网，这一回得好好跟它算总帐了。但刘伯承毕竟比别人想得更深一层。他熟知黄维兵团尤其是第十八军，不仅装备精良，而且军官一律军校出身，士兵受法西斯教育极深，训练严格，讲究战术，要想歼灭它，并非易事。还是采取稳妥方针为好。经过与陈毅、邓小平研究，他们决定将围歼黄维兵团的作战划分为三个阶段：阻击作战阶段，紧缩包围、准备反击阶段，阵地歼灭战阶段。第一阶段，已经以黄维兵团的被围而告结束。
11月25日，刘伯承、陈毅、邓小平令部队加紧压缩敌人。最初两天，由于部队对敌人的防御能力估计不足，在作战上只是猛烈突击，造成较大伤亡。刘伯承、陈毅、邓小平根据这种情况，组织各部队进行火线总结，并及时传达了毛泽东的指示：“在战术方面，必须不是依靠急袭，而是依靠充分的侦察和技术装备（近迫作业、步炮协同等），去取得成功”。各级指挥员很快克服了急躁轻敌的情绪，认真总结经验，研究对付敌人的办法。对于弹药不足的问题，刘伯承立即命令后勤司令部组织前送。并指示：”此战本拟乘黄维立足未稳之时机开始攻击，但因我弹药未能及时大量前送（此点或可认为此战拖延时间之重大原因之一，后勤在现代规模战争中的重要性，诚不可忽视），故只好延迟。”设在商丘的交通司令部，马上调集了大量汽车和民工支前的大车、手推车，将弹药和粮食源源不断地运往淮海前线，保障了作战的继续进行。
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