10月5日凌晨3时，黄桥以东西官庄附近枪声密集，粟裕判断新四军第二纵队已经抄袭到敌后，急令第三纵队出击的两个团迅速猛攻。原来第二纵队已在4日午夜悄然向东南穿过八字桥插至分界，将顽军归路截断。在新四军第二、三纵队的勇猛攻击下，韩顽拂晓总攻又告失败。李守维预感大势不妙，急将第八十九军大部集结在黄桥东北一线，企图最后猛扑黄桥或固守待援。此时新四军第一纵队已进至八字桥以南地区与敌人对峙。新四军完全形成对敌包围态势。粟裕决定5日下午对包围之敌实行总攻。
战场情况千变万化。就在此时，粟裕得到密报：韩军增援部队约8个团已进至黄桥东北不远的地方。粟裕平时对韩军兵力编成作过深入研究，各种情况都准确地装在他心中。粟裕判断顽军增援部队不可能有8个团，但两三个团或有可能，便果断应变，尽量提前实行总攻。但是提前总攻的命令已经来不及下达了，粟裕想了一个妙策：命令第三纵队以小部队向黄桥以东之敌佯攻，引起敌人回击，造成浓密的枪声，以此作为同第一、第二纵队的联络信号。在战场上枪声就是命令。第一纵队听到枪声迅速南下，第二纵队则立即西进。粟裕紧接着命令第三纵队全部出击。他不无幽默地对三纵队领导说：“第二纵队已插到如黄公路分界一带，切断了顽军归路，今晚就要消灭韩的嫡系八十九军军部和一一七师。你们纵队趁顽军混乱时，从黄桥东门及其两侧地区全线出击，配合第二纵队聚歼第三十三师，狠狠地打，这样韩德勤就输得连裤子也要送进典当铺子喽！”
战争也有其戏剧性。顽第三十三师昨天还在猛攻黄桥，气焰不可一世，今天却已是士无斗志、溃不成军了，最终大部被歼，师长孙启人被活捉，只有少数残部突出重围。孙启人被俘后说：“不瞒长官，我看过《霸王别姬》的戏，有十面埋伏，四面楚歌，我今天尝到的滋味，比那还要严重得多！”
粟裕命令各部克服各种困难，发扬连续作战精神，加速对第八十九军军部及一一七师的围歼。
晚上9时，韩军主力大部被歼。为扩大战果，粟裕下达了追击命令，要求各部不顾疲劳，不惜一切牺牲，不重缴获，乘胜追击，占领海安。
三个纵队按照粟裕规定的路线和任务，一路快跑，向海安追击前进。
海安是苏中的战略要点和交通枢纽，（南）通（赣）榆公路、（南）通扬（州）公路以及从海安向东延伸到黄海边的公路都联结于此；贯穿南北的串场河，沟通东西的运粮河，在此交汇。控制了海安就能割断如皋、南通、海门、启东4县顽军与海安以北顽军主力的联系。占据海安，无疑为新四军今后进一步发展苏中抗日斗争创造了良好的条件。所以粟裕指示各部“不顾伤亡、不计俘获，占领海安就是胜利”。他还亲自对从江南赶来的增援部队作战斗动员说：“同志们，你们从江南赶来，本来应该让你们休息一下，现在任务紧急，只能先执行任务了。”
6日清晨，顽第八十九军军长李守维见军部已被彻底歼灭，妄想渡河逃窜，失足落水，淹死于八尺沟河中。
新四军务部按照粟裕命令，逢水过水，见桥夺桥，边打边追，直奔海安。驻海安顽军见势不妙，三十六计走为上计。新四军胜利占领海安。
韩德勤见大势已去，率残部千余人向老巢兴化狼狈逃窜。
陈、粟本着有理、有利、有节的原则，命令追击部队到达东台便停止向西北前进，给韩德勤留下一条后路，做到仁至义尽。同时，派出一支部队沿通榆公路北进，迎接南下的八路军。
至此黄桥决战胜利结束，共歼顽军第八十九军及独立六旅等部12个团，连同被歼的保安旅团，共歼敌1.1万多人，其中第八十九军中将军长李守维、独立第六旅中将旅长翁达及旅、团长数人毙命，俘第三十三师师长孙启人、第九十九旅旅长苗瑞林及第一一七师参谋长等师、团军官10余名，下级军官600名，士兵3000余名。缴获长短枪3800余支，轻重机枪189挺，山炮3门，迫击炮59门，还有大批弹药和军需物资。
10月10日，苏北新四军部队前锋与黄克诚率领南下的八路军第五纵队先头部队会师于东台县白驹镇。11月7日，陈毅、粟裕率苏北指挥部和地方党政领导同志在海安隆重举行大会，欢迎刘少奇和八路军南下部队的领导同志。粟裕主持了这次大会。战士们盼望已久的大会师，终于在决战胜利之后实现了。
黄桥决战，新四军获得了军政全胜。战后不久，粟裕在海安西寺干部会上作了《黄桥战役总结》的报告，深刻指出这次决战胜利的意义：“首先，解决了一个最大的问题，就是使中国最进步、抗战最坚决、革命最彻底的八路军、新四军会合起来了，能够互相取得更好的配合和更多的发展；使苏北的抗日民主根据地和华北的抗日民主根据地联成一片；不仅奠定了苏北抗日民主根据地的基础，而且使华中革命势力取得第一步的优势，也就是增加了中国革命胜利的有利条件。这是第一等的重要意义。”“其次是，造成了我党我军在苏北抗战的领导地位。”“第三，大大发挥了统一战线的威力，获得了丰硕成果。”“第四，使韩德勤最终丧失了单独向我们进攻的能力。”“第五，解决了抗日的后方问题。”（《粟裕军事文集》，解放军出版社，1989年7月，第1版，第57—58页。）
黄桥决战新四军取得了历史上空前的胜利。中共中央中原局书记刘少奇评价黄桥决战“有伟大的决定的意义”。（《陈毅传》，当代中国出版社，1991年8月，第1版，第254页。）
中共中央书记处指出：黄桥决战以后，“苏北大部为我占领并联成一片，此为华中最大一块根据地，对全国有绝大意义。”（《新四军·文献（1）》，解放军出版社，1993年4月，第1版，第647页。）
※第八章 创建苏中抗日民主根据地
一、担任新四军第一师师长和苏中战略区领导人。确立苏中抗日斗争的战略指导思想。
1941年1月，国民党顽固派制造震惊中外的“皖南事变”，在安徽茂林地区围歼奉命北移的新四军军部和皖南部队9000多人，悍然宣布取消新四军番号，把第二次反共高潮推到了顶点。
在那段时间内，粟裕陆续接待了一些从皖南突围出来的同志，同他们讨论“皖南事变”的经验教训，分析国内外形势及其发展趋势。针对一些同志的疑虑和悲观情绪，他强调指出：“皖南事变，就新四军整体来说，只是局部的失利。我们党经过的重大挫折和局部失败，例如大革命的失败、第五次反‘围剿’的失败、西路军和红军北上抗日先遣队的失败等等，算起来已经很多次了。但是，党领导的革命事业总是在前进。我们在皖南虽然受到损失，但在敌后执行中央指示的部队发展很快。暂时的挫折、暂时的困难不要紧，今后我们会发展得更快。”从皖南突围出来的钱俊瑞（后来担任中共中央华中局文委书记、新四军政治部宣教部长）到达江北盐城的当天，粟裕就会见了他，二人亲切交谈。钱俊瑞注意到，粟裕的办公桌上放着一大堆书籍，多数是马克思、恩格斯、列宁、斯大林和毛泽东的著作，还有《孙子兵法》。
谈到“皖南事变”的教训，粟裕说：“这次皖南事变，正像周副主席讲的，是千古奇冤。主要的当然是国民党反动派太坏了。但从主观上讲，也是由于项英同志政治上组织上的错误，最后使我军遭受重大损失，自己也牺牲了。这个惨痛教训，我们人人都要牢记。”谈到国内外形势，粟裕预言德国法西斯在西线得手后可能东进向苏联开刀，日本军国主义将会在太平洋发动一场大战。钱俊瑞回忆这次交谈说：“粟裕同志的话，对于我这样一个参加党所领导的革命军队不久，而又身历险境的人，真是上了一堂很好的课。我深深钦佩他对时局观察分析的深刻，以后的历史事实完全证明他的预见多么正确。”
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