全歼黄百韬兵团虽然还需要一些时日，但是黄百韬全军覆没则是确定无疑的了。
粟裕把他的指挥重心转向对徐州东援之敌的阻击作战上，决定前进到西线指挥。毛泽东接到他的电报以后，来电指出：“粟到韦（国清）吉（洛）处指挥极好”（《毛泽东军事文集》第五卷，军事科学出版社、中央文献出版社，1993年12月，第1版，第233页。）。
杜聿明奉蒋介石命令于11月10日到达徐州，与刘峙等人反复磋商，直到12日晚上才发出作战命令，命令邱清泉，李弥两兵团主力，从13日开始，沿陇海路南北两侧，向东攻击前进，目的是击破华东野战军一部，解黄百韬兵团之围。杜聿明估计，邱、李两兵团集结位置距离碾庄圩不到40公里，一周之内即可达到目的。
与杜聿明的估计相反，邱、李两兵团遇到了华东野战军的顽强阻击。他们每攻占一个阵地都要经过反复争夺，每前进一步都要付出沉重代价。激战两天两夜，仅仅前进三四公里到六七公里。
华野担任阻击的3个纵队打得十分顽强，也十分艰苦。第十纵队的1个团据守徐州通往碾庄的要道寺山口。敌人用2个团的兵力，在6辆坦克掩护下，整营整连地向十纵部队据守的山岭发动一次又一次进攻。十纵部队指战员们子弹打完了，就用石头打，用刺刀戳，高呼“把敌人消灭在寺山口外”的口号，仅12日一天就打退敌人10余次冲锋，毙伤敌军500多人，牢固控制了寺山口要道，不让敌人前进一步。
华野指挥所的电话里不断传来前线指挥员的战况报告。张震放下话筒，对粟裕说：“粟司令，前面紧张，营长以下全拼刺刀了！”
参谋处长夏光把手里的文件夹一丢，向粟裕请示：“粟司令，我去想点办法，把我们机关人员的弹药收集起来，给他们送去。”
“能收多少？”粟裕眼睛一亮。
“不会少。”
“好！”粟裕点点头说，“这里面还有精神因素哩。先集中我们警卫员的。”
虽然子弹不过三千，手榴弹不过五百，可是前线指挥员感动得在电话里直叫：“粟司令，你放心好了，我们决不准他杜聿明前进一步！”
粟裕在地图前踱步沉思。他在考虑，怎样给增援的邱、李两兵团更有力的打击，以改变徐东阻击战的形势。他的目光注视着徐州东南的潘塘。
潘塘，位于徐东战场的南端，是徐州机场的门户，陇海、徐淮两条陆路交通干线的咽喉。津浦铁路徐蚌段被切断以后，这里就成为徐州国民党军队的惟一交通命脉。绕过潘塘，向西可以迂回邱清泉东援部队侧背，向东也可以迂回华东野战军阻援部队侧背。这是一个牵一发而动全身的关键地段。
粟裕在组织指挥部队围攻黄百韬兵团的同时，除了部署3个纵队正面阻击徐州东援之敌以外，还部署苏北兵团的3个纵队于徐州以南和东南的宿迁、睢宁一带，担任钳制、堵截徐州之敌东援．南逃的作战任务。现在他决定使用这支部队，要他们前进到潘塘、房村一线，从侧背攻击邱兵团东援部队后路，用攻其必救的战法，迫使邱、李兵团西顾徐州，不敢放胆东援。
杜聿明也对潘塘发生了兴趣。11月14日，向东增援黄百韬的蒋军，由于受到华野的猛烈阻击，邱兵团日进只有两三公里，李兵团只攻占两三个村庄。蒋介石特派参谋总长顾祝同到徐州督战，一见杜聿明就责问：“敌人不过两三个纵队，为什么我们两个兵团还打不动？”严令督促邱、李两兵团攻击前进。当天，杜聿明就向邱清泉下令：“即日以有力部队不顾一切牺牲，钻隙迂回，向大许家突进。限在一日内确实占领大许家，以解黄百韬兵团之围。否则军法从事！”
杜聿明与邱清泉商定，将第二线部队第七十四军星夜调往潘塘镇附近集结，然后从潘塘顺双沟公路迂回攻击大许家，在华野阻击部队侧背猛戳一刀，以打开正面攻不动的僵局。
既然战争双方都看中了潘塘，于是就发生了戏剧性的潘塘之战。
11月16日凌晨3时，两支对向开进的部队在潘塘东南的张集遭遇，遂即展开激战。天亮了，双方将领都大吃一惊：在以潘塘为中心的纵横约5公里的战场上，交战双方部队犬牙交错地纠缠在一起。国民党第七十四军阵地几度被突破，第一〇七军二六一师被击溃。第七十四军军长邱维达难以想象的是，在他面前出现了解放军四五个纵队的番号，其中一个团离它的指挥所只有3里。华野第二纵队司令员滕海清发现，国民党的一支部队离他的司令部只有一沟之隔。
邱清泉闻报大吃一惊，急令在徐州以西的第七十军增援潘塘，又令在第七十四军右翼的第十二军一一二师参加战斗，同时向南京请求空军派飞机支援。
经过一天一夜激战，6次反复较量，双方各有伤亡，战事呈胶着状态。
粟裕密切注视着战场态势。11月17日，他发现敌人援军到达潘塘一线，立即下令主动撤出部分阵地，让敌人放胆东进，诱敌深入到大许家而后歼灭之。
18日凌晨，蒋军前线指挥员报告：“潘塘镇东南共军有撤退模样”。蒋军空军侦察也发现解放军部队后撤。邱清泉、杜聿明和刘峙都判断“共军是在总溃退”，下令部队追击。刘峙大喜若狂，立即向蒋介石和各省主席发电报，通报“潘塘大捷”，布置开会庆祝，敲锣打鼓，燃放鞭炮，上演了一出自欺欺人的闹剧。
正当“潘塘大捷”闹剧紧锣密鼓的时候，黄百韬兵团的丧钟敲响了。
11月17日，华野向黄百韬兵团发起总攻，迅速攻克碾庄圩外围五六个村庄的蒋军阵地，歼灭第一百军、第四十四军全部和第二十五军一部，黄百韬的兵团部和残余部队乱作一团。李弥兵团的增援部队，被华野阻止于离碾庄圩不到15公里的地方，不能再前进一步。黄百韬爬上屋顶，引颈西望，只闻炮声隆隆，不见援军踪影。他垂头丧气地说：“如果李弥有邱清泉的力量，解围还有点希望。现在是无望了！”
11月19日，华野向碾庄圩发起总攻，只用3天时间就全部彻底干净地消灭黄百韬兵团的兵团部及其第二十五军，第六十四军残部，黄百韬在逃窜时毙命。
黄百韬是淮海战役中第一个败在粟裕手下的国民党兵团司令官。据说他临死之前发出“三不解”的哀叹：“一，我为什么那么傻，要在新安镇等待四十四军两天？二，我在新安镇等了两天，为什么不知道在运河上架设军桥？三，李弥兵团既然以后向东进攻来援救我，为什么当初不在曹八集附近掩护我西撤？”然而，他至死也不明白，这是他坚持与人民为敌的反动立场，执行错误的战略方针的必然下场。
至此，粟裕指挥的华东野战军，在中原野战军的有力配合下，超额完成了中共中央军委赋予的淮海战役第一阶段作战任务，不仅全部歼灭黄百韬兵团5个军12万人，而且争取了何基沣、张克侠率领的第三绥靖区2.3万余人起义，给邱、李两兵团以沉重打击，解放了徐州以东直到海州、连云港的广大地区。中原野战军一部攻占宿县，隔断了徐州与蚌埠的联系，使徐州蒋军处于孤立地位，为完成南线战略决战创造了有利条件。
11月23日，中央军委发出给淮海前线指挥员并告华东局、中原局等的电报，指出“这是一个伟大胜利”，并说：“在战役发起前，我们已估计到第一阶段可能消灭敌人十八个师，但对隔断徐蚌，使徐敌完全孤立这一点，那时我们尚不敢作这种估计”。指示：“你们及各级干部必须认识这一伟大胜利的重要意义”（《毛泽东军事文集》第五卷，军事科学出版社，中央文献出版社，1993年12月，第1版，第263页。）。
“兵无常势，水无常形，能因敌变化而取胜者谓之神”。这是粟裕喜爱的名言。在全歼黄百韬兵团的作战指挥中，他把这句名言变成了活生生的现实。
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