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华东野战军第十三纵队司令员周志坚上了前沿，碾庄外围阵地上的情景让他感到了不安：
大宋庄枪炮轰鸣时，我到了小宋庄。当时伤员还没来得及运走，我们牺牲的干部、战士的遗体和敌人阵亡官兵的尸体仍在原处，我要看看这个仗是怎么打的，敌人的部署是否像我观察到的那样，我们的战士是在哪里牺牲的，是炮打死的还是枪打死的，我战前的判断是否正确……这些，要在战场保留原状时才能看得清清楚楚。我看见了小宋庄血染的战场，我的心里有些不安，我们的牺牲太大了。这么个小小的村落，死了这么多人……
碾庄圩位于陇海路以南、运河以西，是十几个自然村落组成的一小片区域。这里是运河西边的低洼地带，洼地、水塘、沟渠错落其间。为了防洪水，民房都建在土台子上，村落四周也都夯有高出地面两到三米的土围墙。碾庄圩是徐州以东的重要防御据点，原是李弥的第十三兵团驻地，因此区域内筑有大量坚固的野战工事，特别是在各个村落四周，建有大量的碉堡和地堡，预先设置了可以相互交叉的火力点。黄百韬接管这一防区之后，兵团部位于碾庄圩，第六十四、第一〇〇、第四十四、第二十五军分别配置在碾庄圩东、西、南、北四个方向上，十多万人马密集地收缩在一起，准备在空军的支援下固守待援。
华东野战军对碾庄圩的攻击，采取四面向中心突击的战法：六纵向北突击，十三纵向东突击，四纵沿着铁路线向西突击，九纵向西北方向突击。十一月十一日，突击部队向各自正面的敌军阵地发起猛攻。四纵攻击碾庄圩以北的小牙庄、尤家湖阵地；八纵攻击碾庄圩以东的大院上、吴庄阵地；九纵攻击碾庄车站附近的第四十四军；六纵和十三纵攻击彭庄、贺台子阵地。野战军指挥部要求连续突击，速战速决，三至五天内解决战斗。但是，突击一开始，却发现困难要比想象的大得多。除了沟塘密布、村落分散、工事坚固等原因外，各攻击部队经过几天的急行军，官兵异常疲劳，炮兵也没能及时跟上，因此，在前两天的战斗中，突击部队伤亡很大，战场推进缓慢。
十三纵攻击小宋庄，守军是第一〇〇军六十三师。六十三师师部位于大宋庄，但前沿伸展到了距大宋庄一里地的小宋庄。这是一个仅有十几户人家的村庄，防御部队是六十三师专门组织的一支突击队。得到机枪加强的突击队，采取密集火力掩护下的多点防御战术，使得十三纵的攻击一开始就受到严重杀伤。十三纵付出巨大伤亡攻占外围地堡后，深入小村庄的战斗变得更加残酷。守军利用村里的民房修筑起核心工事，几乎所有的墙角都修有碉堡，碉堡上设有四层射击孔，射击孔设计得很小，很难将其封锁。而且，在小村里的墙缝、门缝、窗户乃至屋檐下，到处都是机枪射击点。十三纵往往发动数次冲击，才能推进一步，即使占领了一座民房，民房也会即刻被守军的燃烧弹点燃。攻击部队的营、连干部情绪焦躁，都说从来没有打过这么难打的仗，也没见过这么顽强的敌人。在夺取了一座民房后，需要冲过一片空地，但是空地被守军火力封锁着，于是官兵想从墙上掏个枪眼以掩护爆破。枪眼刚刚掏好，墙那边就塞进来一颗手榴弹，急忙把手榴弹拾起来扔回去，可第二颗手榴弹又塞了进来，官兵们只好用稻草把枪眼堵上。接着，让十三纵官兵吃惊的事发生了：在守军的逼迫下，几个百姓举着火把走了过来，要在攻击部队占领的房子里放火。官兵们朝天开枪，不停地喊：“不要过来！不要过来！”百姓扔下火把跑了。守军又用一根长竹竿挑着燃烧的棉花往房顶上甩，刚刚占领的房子还是让守军点着了。十三纵再次发动攻击的时候，守军让百姓站在民房的门口当盾牌，机枪就架在这些百姓的肩膀上。十三纵的官兵们很痛苦，战斗已经让他们的许多战友伤亡，而面前惊恐万状的百姓又令他们想起自己的父母，他们高声喊：“老乡！我们掩护你们！快跑！不要给他们挡子弹！”百姓们惊惶地到处乱爬，守军混在百姓中趁机猛烈射击，在密集而纷乱的弹雨中，攻守双方的官兵和那些无辜百姓的呼喊声混杂在一起。
一纵在窑湾与第六十三军的激战也到了最后关头。第六十三军的顽强抵抗触发了一纵官兵的斗志，他们发誓要把窑湾拿下来，把第六十三军就地全歼。第六十三军之所以顽强抵抗，是因为他们听见碾庄圩方向传来激烈的枪炮声，他们误认为那是增援部队赶来了——他们确实得到过支援，从徐州飞来了三四批飞机，每批三架，往窑湾镇空投粮食。但是，窑湾镇阵地十分狭窄，空投的粮食大多落到了外围一纵的阵地上。一纵再次发动攻击的时候，加强了火炮的打击力度，猛烈的炮击使第六十三军的阵地上硝烟弥漫。炮火准备之后，一师在东门，二师在北门，三师在南门，同时开始了最后冲击。一师很快向窑湾镇插进去，但是二师和三师几次攻击都没奏效，于是临时改变部署，二师六团从东门突入接应攻击北门的四团，三师也从东门往里突击——“老兵油子多，仍然负隅顽抗。”一纵指挥员们感到这个对手有点难打。
此时，那个发誓要让第六十三军“一战成名天下知”的陈军长有点慌了，因为各个阵地上的战斗都已进入混乱状态。一八六师副师长伍少武跑到指挥部报告说，五五八团的阵地已被突破。陈章冒着炮火前往一八六师师部，师部里满地的文件，师长张泽琛却不见了。军官们说，中午的时候，张师长把胡子剃了，换上了便服，说要去巡视阵地，可直到现在也没回来——张泽琛师长跑得很快，居然一路跑回广州，广州的报纸迅速登出了他从战场突围而出的“英雄事迹”。陈章要求一五二师师长雷秀民、副师长黎天荣与他一起返回军部，重新组织部队进行抵抗。但是，一转身的工夫，雷师长也不见了——雷师长拉着一八六师五五六团团长黎安福也跑了。回到军部，陈章拿着手枪站在门口不进屋，一脸的阴沉。黎天荣副师长前去组织预备队，路上遇见军参谋长宋健人，可转眼间宋参谋长也不见了——宋健人是当地人，曾在窑湾镇当过区长。
陈章和黎天荣决定突围。
他们跑到四五四团阵地的时候，陈章用广东话大骂：“丢他妈！叫死守阵地，怕死鬼先跑了！”接着，一纵的攻击部队就冲到了跟前。黎天荣发现军长陈章也不见了，身边的一个连长说，他听见几声左轮手枪的枪声，还听见军长在喊：“张黑（张泽琛）害死我！”黎天荣断定军长已经自杀——第六十三军军长陈章，刚刚从副军长的位置上得以提升，因此他不想死。混乱中，他带着几名卫兵跑到运河边，想用几块木板泅水过河，但刚要下水就身中数弹。随行的一八六师副师长伍少武也同时中弹。在他们身后，想用木板渡河的官兵中弹毙命和淹死在运河里的达百余人。
黎天荣知道自己冲不出去了，于是返回阵地坐下来等待被俘。
国民党军第七兵团第六十三军，是在淮海战役中首先全军覆灭的一个军。
是役，华东野战军一纵歼敌“两个师五个团一万三千多人”。
十二日，华东野战军指挥部前进到距碾庄圩不足五公里的过满山。
刚到过满山，中央军委就发来电报，指出华野前指的位置太靠前，命令粟裕后撤五公里，粟裕转移到土山镇东南的火神庙。从前沿回来的参谋对他说：“黄百韬可真难打呀！一百多米宽的正面，就有二十多挺机枪，子弹像泼豆子一样！我们的官兵就这样一波一波往上冲！”粟裕打电话问四纵司令员陶勇，让他如实报告部队伤亡数字。陶勇报告说，眼下四纵伤亡已达四千三百多人。
粟裕、陈士榘、张震分析了进攻缓慢的三个原因：“一、地堡、交通壕结合，不易爆破，再加敌人不断地反击；二、收缩一团，分割不易，必须逐庄攻击；三、指挥不一，动作不协同，炮火无统一指挥。”晚上，粟裕召集六个主攻纵队的指挥员开会，他说：“黄百韬兵团已由运动之敌变为驻守之敌，我军的战法必须由运动战转为村落阵地攻坚战，用迫近作业的办法突破敌人的坚固防御阵地，利用暗夜把交通壕挖到敌人阵地前沿，然后突然发起攻击。要先打弱敌，后打强敌，攻其首脑，乱其部署，逐个争夺敌人的火力点和所占村庄。”
碾庄圩四周突然寂静下来。
黄百韬让参谋长魏翱派小部队去侦察一下，结果侦察队刚一露头就被打了回来，侦察员报告说碾庄圩四周成千上万把铁锹正在拼命挖土。
黄百韬还没想明白粟裕到底要干什么，南京的飞机来了，给他送来一枚勋章。碾庄圩几天坚守，共产党军队攻击受挫，顾祝同在南京极力宣传“碾庄大捷”，何应钦更是激动地宣称：“黄百韬真是英雄！”徐州的刘峙则认为目前“态势非常有利”：“共军在邳县以北地区运河两岸被黄百韬兵团截成两部，一部在运河东岸过不来，一部分在西岸退不回去，被飞机轰炸扫射，死伤很大，胜利在望！”而空军为了配合南京的宣传，特派飞机给黄百韬空投地空联络电台，结果飞机出了故障无法空投，机上的一位空军科长竟然抱着电台跳伞在碾庄圩着陆，这位兄弟神勇义气，碾庄圩地空联络从此畅通——“阵地发现紧张时，空军轰炸立刻应援；空军发现情况，地上亦立刻了解。”
只有杜聿明认为局势不妙。
杜聿明到达徐州之后，第一感觉就是刘峙的总司令部“非常混乱”。所谓“混乱”，指的是刘峙及他的参谋部人员对战场态势几乎没有任何独立的判断和果断的处置，前方的各兵团都在夸大自己当面的敌情，这使得徐州的总司令部始终陷于盲从之中。为什么总司令部连共产党军队的基本情况和意图都不清楚？除了指挥机构的无能之外，杜聿明还看出了另一个重要原因，那就是徐州附近的百姓总是欺骗国民党军：
徐州附近的百姓对国民党军实行了严密的封锁，国民党军的特务只能派出，无法返回。徐州四周密布的特务电台完全失去了作用，甚至有许多地区百姓以虚报实，或以实报虚，迷惑国民党军。如丰县、黄口间仅有解放军二、三野之一部，而国民党军从百姓方面得来的情报是二野主力；又如二野主力已先到涡（涡阳）、蒙（蒙城）地区阻击黄维兵团，而国民党军得来的情报则是这方面没有解放军的部队。
对于战争中交战双方的任何一方，这种受到百姓抛弃的境遇是极其危险的——杜聿明知道这不仅仅是情报不准的问题。
由于这种混乱，南京军事会议上作出的解救黄百韬兵团的计划，徐州方面根本没有执行。杜聿明就此询问刘峙，刘峙说：“情报显示，徐州附近到处都是共军主力，如果派部队去碾庄圩，徐州受到攻击怎么办？”——任何战场上的任何部队，兵力总是有主次之分，怎么会到处都是主力？
杜聿明提出了两个方案：一、命令黄百韬的第七兵团至少坚守碾庄圩七至十天，以李弥的第十三兵团守备徐州，第七十二军为总预备队，以邱清泉的第二兵团和孙元良的第十六兵团会合黄维的第十二兵团，向西先与刘邓部决战，然后回师向东击溃陈粟部，以解黄百韬之围。这个方案能够实施的关键，是黄百韬能否坚持七至十天。二、以孙元良的第十六兵团守备徐州，第七十二军为总预备队，以邱清泉的第二兵团和李弥的第十三兵团全力解黄百韬之围，同时命令黄维的第十二兵团疾驰徐州。这个方案可以稳定黄百韬的军心，缺点是黄维兵团很可能被刘邓部所牵制，那么攻击陈粟部的兵力也许会略显不足。
刘峙坚决反对第一个方案，因为黄百韬根本坚持不了那么长时间，而如果向西打刘邓不成，向东救黄百韬也不成，那样就会酿成大祸。关于第二个方案，徐州总司令部的人都认为，这一思路符合蒋介石的命令。刘峙犹豫再三之后，决定邱清泉的第二兵团和李弥的第十三兵团联合向徐州以东攻击前进，逐步靠拢碾庄圩，解救黄百韬的第七兵团。行动开始的时间是：十一月十三日。
徐州“剿总”决定解救黄百韬，以两个兵团的规模向东实施突击，对于华东野战军来讲，这是一个严重的问题，因为此刻碾庄圩的围歼战正处在艰难阶段，而国民党军从徐州增援黄百韬仅有五十公里的距离。
南阳战役后，刘伯承率参谋人员分别乘坐一辆吉普车和一辆大卡车，进入淮海战场。十日，在河南与安徽交界处的一个小村庄里，刘伯承与陈毅、邓小平会合了。当日，在陈赓的第四纵队指挥部，中原野战军召开军事会议，会上没有人对华东野战军吃掉黄百韬兵团感到担忧，各纵队指挥员都在黄百韬兵团之外寻找着战机。刘伯承让大家聚集在军事地图前，主张在地图上“摆个阵势”看一看：“怎么摆法呢？就是我们的主力直捣津浦路，破坏徐州、蚌埠之间的铁路，攻占宿县。大军集结在这一段铁路线上，会产生一个什么结果呢？这就叫先声夺人。蒋介石这时会怎么想呢？他就不会考虑支援徐州，而是考虑防守淮河、防守长江和保卫南京的问题了。这时杜聿明会怎么想呢？突然后路被切断了，他就不会想去援救黄百韬，而是他的后路怎么办？邱清泉、李弥、孙元良会怎么想呢？他们会很快龟缩徐州，考虑如何保存实力、保存自己的问题。这时，徐州就成了瓮中之鳖，我们就来个瓮中捉鳖。这个集团如果南逃，我们可以南北夹击，不过估计他不敢，他没这个胆量。他当然想打通津浦路，但是不可能。他们要向西跑，就要通过我们解放区一千多公里，注定要失败。唯一的办法就是丢掉辎重往南跑，目前东南还有个缺口。我想杜聿明还在想哩，还在犹豫不决，不愿意丢掉辎重。如果他们现在真想跑，真有可能跑掉；如果犹豫不决，我们还有时间补救。那就叫韦国清这个集团赶快堵住东南方向的那个口子……”
中原野战军将未来作战设想上报给中央军委。
十四日，中央军委致电中原野战军：
……（二）目前数日内必须集中精力，彻底解决黄兵团全部及宿蚌段上敌人。（三）我们很担心寒（十四日）删（十五日）两日不能解决黄百韬，又担心阻击兵力不足或阻击不得力，邱李能够靠拢黄匪。希望粟裕同志照元（十三日）酉（十七至十九时）计划，集中力量首先解决黄匪二十五军、四十四军、一百军，留下黄之兵团部及六十四军，吸引邱李东进，然后以韦（韦国清）吉（姬鹏飞）、谭（谭震林）王（王建安）两集团向邱李东西合围，乘势猛击，歼其一部，构成徐州与邱李间之阻绝阵地……只要此着成功，整个形势即有利于我。（四）请刘陈邓集中全力于歼灭宿县之敌后迅速南进，歼灭现已进至固镇等地之刘汝明（第四绥靖区司令官）六十八军及可能跟进之五十五军。此着胜利，则黄维兵团处于孤立地位，较易对付……（六）在黄百韬全部被歼，邱李与徐州之联系已被确实切断，敌已无法打通之情况下，究竟先打邱李，后打徐州，还是先打徐州，后打邱李，值得考虑。但同时打两个敌人则不适宜。我们现在设想，在黄百韬被歼、邱李被围的情况下，估计蒋介石必令邱李迅速猛烈突围回徐州，因此必须集中华野全力，首先完成对邱李之包围，其中主要是以最强大兵力隔断徐州与邱李之联系，在徐州与邱李之间构筑稳固的突不破的阻绝阵地，同时举行对邱李之猛攻，歼灭其三分之一左右的兵力，使其无法动弹。然后再看形势，或者继续完成歼灭邱李再打徐州，或者先打徐州再灭邱李……（七）此战役为我南线空前大战役，时间可能要打两个月左右，伤员可能在十万以上，弹药、民工需要极巨，请华东局、中原局用全力组织支援工作……
值得注意的是，尽管黄百韬兵团在碾庄圩的抵抗给华东野战军的攻击带来了巨大的困难，而且徐州方向两个兵团的增援部队已经出动，按照直线距离计算顶多两天即可到达碾庄圩地区。但是，此刻，共产党决策层对国民党军统帅部、徐州“剿总”司令部以及战场上国民党军数个兵团的能力均表示出极大的蔑视，他们坚信在碾庄圩华东野战军可以对付国民党军至少是三个兵团的重兵突击，由此，他们把目光转向了碾庄圩以南一百多公里外的黄维兵团。
于是，淮海战场的战局变得错综复杂。
当国民党军集中兵力向东解救黄百韬的时候，他们没有看到共产党方面理应作出的剧烈反应，刘邓部主力不但没有加入碾庄圩战场的迹象，而且朝着徐州的东南方向插了过去，直逼他们此刻万分敏感的部位——“东南方向的那个口子”。而这个口子，是徐州战场上的国民党军“撤至淮河防线”的唯一退路。
蒋介石万分忧虑地发现，在长江以北、陇海路以南的“徐蚌”战场上，处处被动的局面已经显现。他连日不断地调动部队，不断地发出各种指令，国民党军在淮海战场上投入的兵力已经达到六十万之众。然而，就在这个时候，又一件令他猝不及防、懊恼不已的事发生了：国民党中央政治委员会秘书长陈布雷自杀了。
时年五十八岁的陈布雷是总统府国策顾问、委员长侍从室主任，辅佐蒋介石长达二十年之久，是蒋介石最亲近的幕僚，蒋介石所有的讲话和文件几乎都是陈布雷起草的。这位浙江慈溪人，曾任报纸主笔，文章精炼，才思深厚。他在蒋介石和陈果夫的介绍下加入国民党，不但成为蒋介石离不开的文件主笔和批阅人，还是蒋介石与其他国民党军政高级人员间的联系纽带，在国民党中被称为“逾百万雄师”之重臣。十一月十三日，人们发现他躺在卧室的床上，脸色蜡黄，双眼微睁，嘴巴张开，时已气绝。
两天前的下午，秘书蒋君章发现，参加完国民党中央政治委员会临时会议陈布雷面色憔悴，神情恍惚。由于夫人和孩子长期生活在上海，陈布雷的生活由秘书和副官照料。吃晚饭的时候，一向沉默寡言的陈布雷突然谈及自己的人生往事，最后他说：“国事艰危，与其说是共产党弄的，不如说是给自己人弄的。”接着，有朋友来访，陈布雷在送客时又说：“布雷老了，本无轻重，误了总统的大事，即使粉身碎骨也不能补救万一。”有人分析，导致陈布雷自杀的原因，是十一日蒋介石在临时会议上对陈布雷大发雷霆。为蒋介石处理重要文电和讲话的陈布雷从来忠心耿耿，但是他的执拗性格也让蒋介石偶感头疼，为此了解他的蒋介石总是让步——“由他去好了”。几天前，蒋介石提出“抗战要八年，剿匪也要八年”，遭到陈布雷的坚决反对。陈布雷对蒋介石说：“抗战是抵御外侮，现在打的是内战，不能相提并论。”蒋介石愤怒地对陈布雷拍了桌子。十一日，陈布雷作为政治委员会秘书长发言，他极为忧心地谈到国民党军将领腐败、士气低落，谈到国民党军政大员的聚敛横财、贪污无能。蒋介石当场打断了他的发言，说他“脑力衰弱，宣传工作没有抓好，应该休息了”。
从未当众受过羞辱的陈布雷表情呆滞地退出了会场。
十二日和十三日，陈布雷把自己关在房间里，开始给他所能想到的所有亲人、同事、朋友以及他的“总统”书写遗书。这个性格孤傲的文人，自觉“已无生存人世之必要”，但即使在“肠断心枯”之时，他还是在遗书中详尽交代了自己身后的事情……陈布雷写给蒋介石的遗书有两封。在第一封遗书中，他说自己“实已不堪勉强支持”：“今春以来，目睹耳闻，饱受刺激，入夏秋后，病象日增”，“值此党国最危难之时期，而自验近来身心已毫无可以效命之能力”。在第二封遗书中，他讲了放弃生命的“理由”，那就是目前蒋介石受到各方抨击，是因为自己没有尽到宣传之责，为此“无可自恕自全”：
……党国艰危至此，贱体久久不能自振，年迫衰暮，无补危时，韩愈有一“中朝大官老于事，讵知感激徒媕婀”，布雷自问良知，实觉此时不应无感激轻生之士，而此身已非有效危艰之身，长日回皇，渐愤无地。昔者公闻叶诋总理之言，而置箸不食，今我所闻所见一般老百姓之中毒素宣传，以散播关于公之谣言诬蔑者，不知凡几。回忆在渝，当三十二年是时，公即命注意敌人之反宣传，而四五年来，布雷实毫未尽力，以挽回此恶毒之宣传。即此一端，又万万无可自恕自全之理。我心纯洁质直，除忠于我公之外，毫无其他私心，今乃无地自容之悔疾，出于此无恕谅之结局，实出于心理狂郁之万不得已……
关于陈布雷的死，后来大多数舆论归结于“死谏”二字。
陈布雷与蒋介石的真正矛盾，起于他提出与共产党方面进行和谈，结束战争，以避免国民党政权的彻底垮台。陈布雷清醒地意识到，如果战争延续下去，国民党军的结局只能是失败。东北战场彻底失利、徐蚌大战即将爆发，陈布雷觉得自己跟随蒋介石数十年，到了必须进谏忠言的时候。陈布雷告诉蒋介石，他“同意文白（张治中）将军的建议，早谈比晚谈好”。蒋介石脸色阴沉地说，现在与共产党谈判，我们“连平起平坐的地位都没有”了。陈布雷劝说道：“只要党存在下去，就有先生的地位。”蒋介石一下子火了：“美国人逼我，桂系逼我，现在连你也逼我。这个党除了我，谁能斗得过毛泽东？白崇禧？何应钦？张治中？你说！”蒋介石认为“徐蚌会战刚刚开始，谁胜谁负还没有揭晓”。陈布雷决心把话说得更清楚些：“我们只有这么一点力量了，这是我们可以和他们谈判的资本；如果连这点力量也没有了，那时我们想谈也谈不成了。”蒋介石说：“我知道你已经很累了，我看你还是休息休息吧。”陈布雷流了泪，他恳求蒋介石这次听一次劝告。蒋介石依旧说：“你累了，休息去吧。”
绝望的陈布雷决心彻底休息。
蒋介石为陈布雷题写的挽联是：当代完人。
就在陈布雷自杀的那天，美军副总参谋长魏德迈和国民政府代表蒋匀田正在华盛顿的一座大楼里审视一张中国地图，魏德迈在中国地图上画来画去，试图寻找一条最后的防御线——如果共产党军队在徐州战场上得手，国民党军队将在哪里抵挡随之而来的泄洪般的攻击呢？令人吃惊的是，魏德迈最终画出的这条防御线既不是淮河，也不是长江，甚至不是珠江，他把国民党军的防御线一下子画到了中国东南方向的台湾和西南方向的云南：
如果徐州失守，惟有退保中国东南与台、澎地区。照地理的形势说，自福州至昆明三角地带，较易防守，所以我划一条代表战略地带的红线。惟四川省的经济价值甚高，不应轻易放弃，所以我划一条虚线，以为试守之计……现在美国海军尚固守青岛基地，目的即在支持平、津三角地带傅作义的守军，使能牵制中共军队，不能即刻大批南进，盼拖长时间，以便布置防守东南半壁的战略基地。
无法得知蒋介石看到美国盟友为他画出的这样一条防御线时是一种什么心情。
粟裕已经将攻击碾庄圩的作战部署调整完毕：
各攻击纵队和特种兵纵队的重型火炮被统一编成三个炮群，支援攻击作战；第四、第六、第八、第九、第十三和特种兵纵队为攻击部队，由山东兵团政治委员谭震林、副司令员王建安指挥；第七、第十、第十一纵队为阻援部队，负责阻击邱清泉、李弥两兵团，由第十纵队司令员宋时轮、政治委员刘培善统一指挥；苏北兵团司令员韦国清、副政治委员吉洛指挥第二、第十二纵队和中原野战军第十一、鲁中南纵队，向徐州的东南方向攻击前进，侧击邱清泉、李弥两兵团。第一纵队为预备队。
十三日晚，华东野战军对碾庄圩的攻击再次开始。
由于采取了土工迫近作业的战法，尽管逐村逐屋的争夺战依旧十分激烈，但黄百韬的前沿阵地不断被蚕食，外围的小村庄一个个地丢失，攻击部队的官兵逐渐地向碾庄圩核心阵地靠近。
与此同时，在碾庄圩的西面，阻击徐州东援之敌的战斗打响了。
邱清泉和李弥两兵团沿陇海铁路两侧，各以两个军的兵力向东进攻企图解围黄百韬：第八军进攻寺山，第九军进攻团山，第五军进攻魏集，第七十军进攻邓家楼。四个军的兵力，拥有数百门重炮和数十辆坦克，还有空中火力支援，虽然杜聿明对增援行动能否缓解徐蚌战场的危机持怀疑态度，但是，仅就两个兵团的进攻而言，由于距离很近，只要推进十几公里后，重炮就能打到碾庄圩，因此向黄百韬靠拢应该问题不大。
中央军委的决策是，决不能让增援的敌军到达碾庄圩，但也不能打得太狠让敌人缩回徐州。
在徐州以东的阻援战场上，华东野战军官兵显示出野战阵地防御以及大兵团对垒的惊人的勇气和战斗力。十纵在北面防御团山、寺山一线，七纵居中防御魏集一线，十一纵在南面防御邓家楼一线。从军事地理上看，这里并不利于打阻击战，地势开阔，除少数村庄和小丘陵之外，无险可守。于是，阻援部队决定集中兵力防御几个重要的据点，加大阻击阵地的纵深，采取节节抗击、不断出击的战法，将国民党军两个强大的突击兵团死死地拖在这里。
七纵司令员成钧压力巨大，因为这是从没遇到过的面对强敌的阻击战。在七纵的阻击地段，大部分是平原开阔地，只有一些小小的乱石山，构筑工事十分困难，却有利于敌人坦克的进攻。特别是，碾庄圩就在身后约四十公里处，阻击阵地纵深不足二十公里，可供机动的余地很小。成钧在阵地编成中突出重点，构筑了“品”字形支撑点，组织起强有力的第二梯队和反冲击小组，准备在此给敌人大量消耗。邱清泉兵团第五军二〇〇师的进攻十分猛烈，七纵一线阻击部队经过一天的战斗后，转移到薛山、大石山一线。夜幕降临，在当地百姓的帮助下，官兵们连夜在满是石头的小山上构建工事。天亮了，国民党军步兵的进攻还没开始，工事就被敌人猛烈的炮火摧毁。十九师的一个连在薛山光秃秃的阵地前沿连续打退敌人的三次冲锋，七班战士张龙喜用机枪顽强封锁着一个山口，山口中已经横陈着三十多具国民党军的尸体。由于防御地段同时受到第五军和李弥兵团第九军的协同攻击，十四日黄昏，七纵再次从薛山、大石山一线后撤至乱石山阵地。
十一纵的当面是国民党军第七十军。第七十军火炮达七十门以上，加上飞机的低空扫射，十一纵的阻击阵地上烈焰升腾。敌人在坦克的支持下蜂拥而上，十一纵官兵在阵地上顽强抗击一整天，黄昏时分两军步兵在阵地前沿相接，肉搏战的厮杀中阵地来回易手，天黑时前沿的一条战壕丢失。接下来的两天，十一纵官兵扼守着马山、中山、张庄、刁泉等阵地。敌人的炮弹打来时官兵们躲在石缝中隐蔽，步兵冲来的时候再呐喊着冲上前沿。在狼山阵地上，九十二团的一个加强营抗击着敌人三个方向合击，战斗从上午打到黄昏，加强营最后仅剩下一个班的官兵，但阵地依旧在手。十五日，根据上级命令，十一纵撤退到二线阵地。
宋时轮的十纵扼守在团山、寺山一线，这是李弥的第八军和邱清泉的第五军重点攻击的地段。十纵二十八师抢占了约十公里宽的阵地，仅用一天时间就挖掘出数条战壕和大量掩体。敌人的进攻开始了，八十四团二营抗击着整营整团的攻击，两军反复厮杀后都出现严重的伤亡。坚守在一个路口的苗树柏班，是一个勇敢的战斗集体，在人员伤亡、弹药将尽的情况下，他们同时控制着左右两面的敌人，当机枪子弹用尽时，班长苗树柏说：“就是用刺刀拼，用石头打，也要把敌人挡在寺山口之外！”然后，他带领战士挥舞铁锹铁镐硬是把当面的敌人顶了回去。在二营的阵地上，两个团的敌人已经冲上来了，四连和六连所有负伤的官兵都加入了战斗。七班副班长崔学元右腿三处中弹，一只脚被炸烂，依旧在扔手榴弹；卫生员于家深抓起枪直冲山顶，然后猛烈射击以压制敌人；最后，营教导员常俊邦把仅有的一排子弹交给副排长崔明柱，把最后一颗手榴弹交给战士杨光宝，命令他们向敌人发动最后的反击。战士们向黑压压的敌人冲了过去，这是二营一天之内发动的第十次反击。
在团山方向，李弥的第八军二三七师在猛烈的炮火支援下占领了团山。第八军军长周开成不相信解放军会放弃这个山头，“上去一看，原来是座秃山，解放军是为了避免伤亡才撤走的”。周军长的预感是对的，当晚团山阵地就受到猛烈反击，不善于夜战的国民党军很快就被赶了回去。周开成认为，在飞机、大炮、坦克的协助下，两个兵团“一定可以救出黄百韬”，但是，在团山，一个被俘的解放军战士告诉他：“我们有很多部队，步步为营，村村为战，稳扎稳打，一定能吃掉黄百韬！”
杜聿明亲自来到团山，李弥命令周开成必须夺回团山的两个村庄。周军长叫人去向二三七师师长孙进贤传达他的命令：“杜老总亲来督战，要努力作战，千方百计夺回这两个村子。”杜聿明目睹了第九军官兵反攻团山的战斗，巨大的伤亡令他吃惊。他对周开成说：“今天攻击部队虽然完成了任务，但伤亡太大，以后要设法减轻伤亡为好。”这一天，杜聿明还目睹了第八军四十二师一二五团攻击侯庄的战斗。原以为这个小村庄里顶多有解放军的一个连，于是四十二师命令炮兵猛烈轰击，准备在杜聿明面前打个漂亮仗。但是，师炮兵阵地一开炮，立即受到猛烈的炮火压制，不但炮兵连长负了伤，团山指挥部也受到炮击，副师长李振甫被炸伤。在投入预备队并加强了一个战车营之后，一二五团终于在黄昏时打进侯庄，进了村才发现解放军踪影全无——“这一天第一线的攻击，除我部占领了侯庄外，全线都无进展。”第八军参谋长袁剑飞说。
邱清泉在攻击战术上表现出令人奇怪的固执。他的一个坚定不移的判断是：共产党军队一向打了就走，因此只要坚持住，几天后如果无法解决战斗，他们就会主动撤退。因此，他拒绝了第五军参谋长陈毓秀提出的建议。陈参谋长说，从南面潘塘方向对徐州以东解放军的阻击部队实施大迂回，也许能够迅速突破。邱清泉却坚持正面进攻：“只要共军一撤退，我们就算大功告成。”第五军军长熊笑三也建议迂回作战：“如果这样打法，共军必然会逐次抵抗，极力迟滞我们的推进。这样不仅旷日持久，救不了黄百韬，而且我们因是正面进攻，反而会伤亡重大。”邱清泉反问道：“如果迂回不成，被共军钳制住怎么办？”邱清泉的参谋长李汉萍明白，从兵团的角度上讲，第七十四军被留在徐州当预备队，第十二军一一二师是老东北军的部队，根本不敢用在第一线，因为他们没准在关键时刻就投靠了共产党，目前全兵团只有第五军能够使用。邱清泉不愿意为了黄百韬损失自己的主力，因此根本没有必要费大力迂回，正面进攻挺好打起来也方便。
十三日，十纵二十八师阵地受到第五军的猛烈攻击。在飞机轰炸和重炮轰击之后，数十辆坦克夹杂着步兵冲击而来，十纵在官兵伤亡严重的情况下，不得不转移至二线阵地。十四日凌晨，八十二团一营宋家烈营长刚到解家台子阵地，就接到纵队司令员宋时轮的电话，宋时轮要求他们只要还有一个人，还有一口气，就不能把阵地丢了。上有敌机扫射轰炸，下有成团的步兵冲击，一营官兵死战不退。上午十时，坦克冲向了一营三连的阵地，三连一排不但要打坦克，还要向坦克后面的步兵实施反击。战至中午，一排只剩下七人，二排也只剩下八人，但是宋营长依旧没有下达撤退的命令。下午，一营所有的迫击炮和重机枪都没有弹药了，宋营长咬紧牙关命令他们继续坚持，二连向敌人的侧面发起了最后一次反击，然后还活着的官兵分路突围而出。
十四日一整天，国民党军第五、第八、第九军各一个师，在飞机、大炮、坦克的掩护下，分三路向十纵的阻击阵地发起了全线进攻，企图在十纵防区的正面撕开一个缺口。战斗一直持续到十五日凌晨，邱清泉和李弥两兵团依旧进展缓慢。这时候，增援作战已经进行到第三天，增援部队只前进了不到十公里，如果按照徐州至碾庄圩的直线距离计算，邱清泉和李弥只推进了不到三分之一的路程。这一结果令南京国防部、徐州“剿总”和参战将领们大为意外。
顾祝同和郭汝瑰受蒋介石指派到达徐州。
顾祝同见面就问：“共军不过两三个纵队，为什么我们两个兵团还打不动？”
杜聿明辩解说：“打仗不是纸上谈兵，画一个箭头就可以达到目的地的。况且敌人已先我占领阵地，兵力在陆续增加，战斗非常顽强，每一村落据点，都得经过反复争夺，才可攻占。”
此时的淮海战场云谲波诡。
杜聿明私下对顾祝同说，徐州下一步的作战计划决不能告诉郭汝瑰，因为郭汝瑰与共产党方面有联系——“我指挥作战的方案，事先决不能让郭知道。如果郭知道的方案，我就不照原方案执行。”
历史证明，杜聿明的警觉是对的。
郭汝瑰乘飞机在碾圩庄上空盘旋了一圈，他要验证空军总司令周至柔的报告：“轰炸很有效果，共军伤亡很大，黄百韬已无危险。”周至柔的这一报告，加之共产党军队在徐州东面的顽强阻击，已引发南京国防部得出这样一个判断：“共军的主力转移到徐州方向，对黄百韬可能仅监视而已。”在碾庄圩上空，郭汝瑰与黄百韬通了无线电话，这才知道第七兵团一直受到猛烈攻击。
蒋介石亲自致电邱清泉：“党国存亡，在此一举，吾弟应发扬黄埔精神，为国家尽忠，为民族尽孝，不惜一切牺牲，将当面敌人击溃，以解黄兵团之围。”然后，蒋介石限令邱清泉一天之内到达大许家、八义集，与黄百韬会师。邱清泉一下心情烦乱起来，此时，“风传南京比徐州更加惊慌混乱，各部院准备向西南迁移”。邱清泉愤愤不平地对他的参谋长李汉萍说：“我们在前方拼命，南京路隔千把里，倒自相惊扰起来，准备逃跑了，真是滑天下之大稽！这种仗还有什么可打？老头子为什么自己又不来呢？如果他自己坐镇徐州，谁又敢不替他卖命？当然现在徐州是危险的，那也可以坐在飞机场指挥嘛！”
深陷碾庄圩的黄百韬在与郭汝瑰通话后，用电话告诫各军军长“必须进一步加强工事，准备独立作战，以尽军人天职”。然后他感叹道：在国民党军中，“谁肯不顾自己的损失而急别人之难？谁肯自冒牺牲而解救别人之危”？
第七兵团司令部机要秘书李世杰说，那一天黄百韬想到了孟良崮上的张灵甫。