12月6日16时30分，发起了总攻。各集团依靠周密的侦察和严密的组织，利用纵横交错的交通壕，充分发挥步炮协同的威力，向双堆集四周展开猛烈的攻击。敌人仍然作拼死的抵抗。6日晚至7日晨，解放军先后攻占双堆集周围的李围子、李土楼、小周庄、宋庄、东马围子等地，剥开了敌防御体系的第一层外壳，把战线推向敌人核心防御阵地。此后，各纵队普遍采用昼停夜攻的方法，避开敌人的火力，发扬近战夜战的特长，逐日取得了进展。
敌人则在白天组织反击，以成团成营的兵力，在坦克、炮兵和空军的掩护下，四出平毁交通壕。但密如蛛网的交通壕从四面八方伸向敌人阵地，即使部分遭到毁坏，很快就被修复。12月9日，刘伯承指出：“敌现集于上千的地堡网内，故我只能稳步前进，只要交通壕迫近，加上密集炮火，必能成功。”
各攻击部队根据这一指示，加强近迫作业把交通壕尽可能延伸到敌人的阵地前沿，针对选好的攻击点，集中兵力兵器，一鼓作气压向敌人，往往取得成功。依靠这种稳步前进的战术，提高了歼敌效果，减少了自己的伤亡。11月10日，在南集团的强大打击下，敌人第八十五军第二十三师残余部队在该师师长黄子华率领下投城。敌人军心更加动遥12月12日，刘伯承、陈毅以中原野战军、华东野战军司令员的名义，发出《促黄维立即投降书》。向黄维指出：“现在你所属的四个军，业已大部被歼。八十五军除军部少数人员外，已全部覆灭。十四军所剩不过2000人。十军业已被歼三分之二以上。就是你所最后依靠的精锐十八军，亦已被歼过半。你的整个兵团全部歼灭，只是几天的事。而你们希望的援兵孙元良兵团，业已全歼。邱清泉、李弥两兵团业己陷入重围，损失惨重，自身难保，必遭歼灭。李延年兵团被我军阻击，尚在80里以外，寸步难移，伤亡惨重。
在这种情况下，你本人和你的部属，再作绝望的抵抗，不但没有丝毫出路，只能在人民解放军的强烈炮火下完全毁灭。贵官身为兵团司令，应爱惜部属的生命，立即放下武器，不再让你的官兵作无谓牺牲，如果你接受我们这一最后警告，请即决策。”这个文告，通过电台广播和喊话筒传播，反复传到敌人的耳中，进一步引起了敌人的惊恐和绝望。
由于黄维拒绝投降，刘伯承、陈毅、邓小平决定予以彻底歼灭。12月13日，他们调整了部署，以华东野战军第三纵队和第十三纵队加入南集团作战，把作战重点改以南集团为主，由华东野战军参谋长陈士榘统一指挥，结合东西两集团，直捣敌指挥中心双堆集核心阵地。14日，攻击部队四面多路会攻双堆集东侧敌核心据点——野战集团工事。这里距黄维兵团部仅有两里，是黄维兵团部的重要屏障。黄维指派号称“威武团”的第十军第十八师第五十四团据守。突击开始前，上百门火炮齐射，炮弹和飞雷倾泻在敌人阵地上，使敌人苦心经营的野战集团工事大部被摧毁，守敌非死即伤。中原野战军第六纵队第十七旅第四十九团“襄阳登城第一营”和华东野战军第三纵队第八师第二十三团“洛阳营”，分别从南面和东面突破敌人阵地。黄维急派其警卫团赶来增援，但已无法抵挡，一阵激战之后，仅剩百余人狼狈逃回。
黄维见大势已去，于12月15日下午决定进行最后的突围。他命令所有残余部队“四面开弓，全线反扑，觅缝钻隙，冲出重围”，实际上是让官兵四散逃命。黄维、胡琏、吴绍周各搭乘一辆坦克突围。黄昏，攻击部队乘敌人慌乱突围之机，分多路向双堆集实行穿插和割裂，终于将黄维兵团残余部队一一歼灭。黄维、吴绍周被生俘，只胡琏侥幸逃脱。至此，围歼黄维兵团的作战胜利结束。计歼敌1个兵团部、4个军部、11个整师和1个快速纵队，共10万余人，缴获武器弹药一大批。
12月12日，毛泽东来电，请刘伯承在黄维兵团歼灭后，到中央商谈战略方针。要求刘、陈、邓、粟、谭五人开一次总前委会议，商好在邱、李歼灭后的休整计划，下一步作战计划及将来渡江作战计划，以总前委意见带到中共中央。据此，刘伯承、陈毅、邓小平于17日赶赴设在肖县西南蔡洼的华东野战军指挥部。粟裕一见到刘伯承，就感慨地说：“我们17年没有见面了！”
他俩从1932年在红军学校分手算起，至今正好有17个年头了。随后，大家回忆起长征与南方三年游击战争的经历，又谈到当前淮海战场的胜利及今后向全国的大进军，气氛越来越热烈。然后，五人正式开会，按照中共中央军委和毛泽东的指示，商定了一系列的计划。会后，刘伯承、陈毅动身北上赶赴西柏坡。
经过华东野战军的英勇作战，杜聿明集团也在1949年1月10日被全歼。
至此，声势浩大的淮海战役胜利结束，人民解放军华东、中原两大野战军协力歼灭了同民党精锐主力5个兵团，22个军，56个师，共55.5万余人，解放了长江以北广大地区。人民解放战争取得了决定性的胜利。
战后，刘伯承在为中原野战军《双堆集歼灭战初步总结》的题词中指出：“淮海战役乃毛泽东军事学说中各个歼灭黄百韬、黄维、杜聿明三军的范例，而双堆集歼灭黄继军一战，则乃承先启后的关键。由于我在津浦两侧从黄维的外翼开始围攻，而杜聿明军则欲从徐州西南拊我外翼，以与李延年军协援黄维，因而被歼灭于永城东北地区。双堆集以运动战始，以阵地战终；以消耗敌人始，以围歼敌人终。我在转换关头上运用不同战法而持之以顽强，必须着重研究而发扬之！”这一精辟的见解，是他对淮海战役的科学总结，也是他在这场伟大的战略决战中指挥艺术的光辉记录。
※第十七章 挥师过大江
§第一节 敌前渡江
1948年底，刘伯承与陈毅抵达中共中央所在地河北省平山县西柏坡。这时正逢吴玉章七十寿辰，12月30日，他们联名写信致贺：“吴老：我们北来中央开会，值你年满70。党内外同志热烈庆贺。我们代表南线各同志共申贺忱。
你50年来，以革命为职业，中国革命无役不从。每当革命运动受挫折之际，你临难不退缩，坚持奋斗的精神，更值得学习而示人以典范。”短短的况词，表达了他们对这位老革命家的敬仰和友谊。
1949年1月6日至8日，中共中央召开了政治局会议。毛泽东在会上作了《目前形势和党在1949年的任务》的报告，提出1949年的主要任务是：解放湘、鄂、赣、苏、皖、浙、闽、陕、甘等省的全部或大部；召开政治协商会议，成立中华人民共和国；进一步加强各野战军的正规化建设。
l月7日，刘伯承在会上发言。针对渡江作战和夺取全国胜利，他着重讲了四个问题：
（一）前年我们跃进式的进军是品字形的中央突破，这次渡江是一字长蛇阵齐头并进。在最后胜利时，稳健地集中使用兵力，真正讲起来是最快的。
（二）开辟新区的组织问题。在未出动前最好即有一套地方党政及军区的配备，这是马上得天下，马上治天下。实行军政府、军事管制。
（三）正规化。现在是转变关头，如何正规化，如何着手，看来只有首先从司令部着手，只有加强司令部才能组织战争。
（四）野战军与后方问题。毛主席说过“补充在前线”，现在又提出“加强后勤工作”，这是不矛盾的。
补给主要并尽可能取给于前线，但完全解决人力、物力、财力问题，还必须靠后勤。这次170万人南下江南作战，没有后勤，没有财政是不行的。
这四项意见，表明了他对渡江战役及夺取全国胜利的总体设想。这四项意见，涉及到了下一步向全国进军最为重要的作战指导思想、新区政权建设、军队正规化建设和野战军大规模的后勤供应等问题。其中“马上得天下，马上治天下”，是说的用军队和根据地的干部控制、管理新解放区的应急措施，是针对及时、有效地控制和开展新区工作而言的。根据大别山的经验，再加上可以预计的城中工作的大规模开展，因此，他主张未雨绸缪，预先准备好新区政权的干部班子，以便到时迅速组织起政府机构或军事管制机构，开展工作，然后再逐步过渡、完善到由各种政治力量组成的人民政权。
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