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一九四八年十一月十六日，毛泽东为中央军委起草电报致刘伯承、陈毅、邓小平等人：
……（二）若华野于歼灭黄兵团后，能接着歼灭邱李几个师，将该两敌打得不能动弹，则于大局极为有利。（三）若中原（中原野战军）于攻克宿县后能续歼固镇一带之敌，并以一部进驻蒙城，则可能推迟黄维向宿县进攻时间，并威胁蚌埠。（四）李延年现在蚌埠充六兵团司令官，辖九十六军、九十九军。据李称三十九军［即原驻烟台、后运锦西，现运浦口之八军王伯勋部两个师］十六日可到蚌埠、凤阳，请刘陈邓加意注意。由锦西南运之五四军［阙汉骞四个师］，是否亦将加至蚌浦线，则尚待侦察。假定该部亦到，则南线将有黄维、刘汝明、李延年、王伯勋（第三十九军军长）、阙汉骞（第五十四军军长）等部共计二十五个师，是一个大敌，必须妥筹对策。（五）中原华东两军，必须准备在现地区作战三个月至五个月［包括休整时间在内］，吃饭的人数连同俘虏在内将达八十万人左右，必须由你们会同华东局、苏北工委、中原局、豫皖苏分局、冀鲁豫区党委统筹解决。此战胜利，不但长江以北局面大定，即全国局面亦可基本上解决。望从这个观点出发，统筹一切。统筹的领导，由刘、陈、邓、粟、谭五同志组成一个总前委，可能时开五人会议讨论重要问题。经常刘陈邓三人为常委，临机处置一切，小平同志为总前委书记……
随着中原野战军和中原军区部队加入淮海作战，参战的野战军连同地方部队总兵力已达六十万人，而且战役规模和战场范围越打越大，为此，中央军委决定成立淮海战役总前委。总前委的成立，不但从作战指挥上保证了淮海战役的顺利进行，而且显示出将长江以北的国民党军主力一网打尽的宏大气魄。
这封电报值得注意的另一个要点是：中央军委要求华东野战军歼灭黄百韬之后，须对邱清泉和李弥两兵团发起攻击；中原野战军则须迅速攻占宿县，对李延年等部构成威胁；其次，预想到战役未来的发展规模，对战役所需的庞大的后勤保证提出了要求。
电报发出的当日，中原野战军攻占宿县。
攻占宿县的行动，对于决战态势的最终形成具有决定意义。
攻占宿县，截断徐州与蚌埠之间的联系，在淮海战役发起之前只有设想没有具体部署。刘伯承的设想是，如果我军攻占宿县，邱清泉兵团很可能要被迫南顾，这样将会减轻华东野战军的作战压力。随着战局的发展，国民党军的调动印证了刘伯承的预想。黄百韬被围之后，蒋介石急忙将孙元良兵团从宿县调往徐州，以便腾出邱清泉和李弥两个兵团的主力增援黄百韬。同时，国民党方面已经显示出随时放弃徐州的迹象。于是，攻占宿县成为能否全歼国民党军徐州军事集团的一个关键。宿县若失，津浦线徐蚌段将被截断，徐州附近的国民党军将被堵截在淮海战场上。
中央军委连发电报，强调攻占宿县、截断津浦路的迫切性：
九日致电陈毅、邓小平等：“陈邓直接指挥各部，包括一、三、四、九纵应直出宿县，截断宿蚌路。”
十日再次致电陈毅、邓小平：“你们主力是否已达宿县附近，并开始向宿县攻击。你们务须不顾一切，集中四个纵队全力攻取宿县，歼灭孙元良等部，切断徐蚌路。华野三、两广纵亦应用于攻击徐宿段，至要至盼。”
十日又一次致电陈毅、邓小平：“你们应集全力［包括三、广两纵队］攻取宿县，歼灭孙元良，控制徐蚌段，断敌退路，愈快愈好，至要至盼。”
十一日，获悉中原野战军拟于当夜进至徐宿线之后，致电刘伯承、陈毅、邓小平：“你们真（十一日）夜到宿县附近时，将要遇到的敌人是孙元良的一个兵团部、两个军部及三个师，望你们努力争取歼灭此敌。此战胜利，即完成了包围徐州的战略任务。然后以宿县为中心控制整个徐蚌线，构筑几道防线阻止徐敌南逃，待其南逃时协同华野全歼徐敌。”
根据中央军委的指示，中原野战军决定以第四纵队司令员陈赓、政治委员谢富治指挥第四纵队、华东野战军第三纵队和两广纵队，向津浦路宿县至徐州段实施攻击，求歼由蒙城向徐州北进的孙元良兵团；同时，以第三纵队和第九纵队一部攻占宿县；以第二、第六纵队和豫皖苏军区地方武装牵制正向蚌埠以西的阜阳、太和推进的黄维兵团；以第一纵队位于宿县西北方向为预备队。
由于孙元良兵团主力已经先期车运徐州，因此陈赓和谢富治指挥的部队仅截击了位于后卫位置的第四十一军军部和一二二师的三千余人。并在宿县以东的三铺地区，歼灭了没有参加起义的第三绥靖区机关和第七十七军三十七师的约四千多人。与此同时，九纵和豫皖苏军区独立旅等部队占领蚌埠以北固镇、任桥地区，三纵和九纵一部在滂沱大雨中日夜兼程于十四日对宿县形成包围。
宿县位于徐州以南、蚌埠以北，是津浦线上的一座古城。内战爆发后，这里成为国民党军徐州军事集团的重要后方补给基地，县城内囤积着大量的粮食、武器弹药和其他军用装备。这里还是一个重要的战略据点，维系着徐州军事集团与南京国防部保持联系的唯一陆路通道。宿县城墙高厚，工事坚固，护城河宽十米，水深没顶，城内的主要街道都设有路障和堡垒。县城的东关是城防要地，连接火车站，是进出宿县的门户。
宿县守军主力，是隶属黄百韬第七兵团的二十五军一四八师，加上交警第二、第十六总队，陆军第六支队，装甲第七营等部队，兵力总计一万三千余人，由国民党军津浦路护路中将司令官兼宿县最高指挥官张绩武统一指挥。
对于维系后路安全的宿县，徐州“剿总”不可能不重视，但是，此时宿县守军的兵力已显十分单薄。其原因，除了蒋介石严令徐州出动重兵解救黄百韬，而徐州为了防止兵力空虚，不得不将驻守在宿县的孙元良兵团北调之外，也与刘汝明部的明哲保身有重要关系。当初，刘汝明的第八兵团奉命从商丘撤至蚌埠，鉴于宿县守军一四八师战斗力弱，刘峙曾要求刘汝明无论如何留下一个师以加强宿县防御，刘汝明十分不情愿，但又不敢违抗命令。第八兵团的徐振业团长奉命进入宿县，可徐团长见到张绩武时，张绩武说还没有接到徐州的命令，徐团长不禁喜出望外，立即带领全团官兵乘火车跑了。等张绩武接到命令，请求刘汝明部接防时，刘汝明以军事指挥之反复乃兵家大忌为由，拒绝再去宿县——后来，当宿县以南的蚌埠受到攻击，南京的门户即将敞开时，国防部才知派刘汝明保卫京畿乃大错，因为他只想保存自己的实力，至于丢失一个战略要点关他一个兵团司令官什么事？
三纵对宿县的攻击坚决而凶猛。十五日傍晚十七时，随着六门重型榴弹炮的猛烈轰击，对宿县的总攻开始了。在东关，七旅工兵连续爆破，王元中、李德清小组先炸开了护城河桥上的鹿砦，李生华、黄金祥小组接着爆破城门，黄金祥牺牲在距离城门十余米的暗堡前。四班长翟福明和战士张海亮随即冲上去，张海亮中弹倒下，负伤的翟福明抱着炸药包顽强地爬向暗堡，最后与暗堡同归于尽。二班长张建文和战士罗德友冲到城门下，把城门炸开一个缺口，并把黄金祥的遗体拖了回来。最后，李常福、何伯宽、韩长成、陈立海四个战士抱着五十多斤的炸药包再次冲到城门下，这一次城门被彻底炸塌了，突击队蜂拥入城。国民党守军在装甲车的掩护下向东门实施反击，双方在突破口上展开了白刃战，当第二梯队八旅到达战场后，战斗逐渐转入巷战。攻击西门的九旅在护城河上架桥时，受到城门两侧暗堡火力的严密封锁。七连官兵连续五次架桥均没成功，二十五团团长张庆和冲上前沿亲自指挥，第六次架桥成功。为此，负责打通攻击通道的七连仅剩下十六人。二十五团三营八连长高玉歧为了巩固突破口，负伤后仍然提着一挺机枪坚守不退。九连冲上来后，三营完全占领了突破口，掩护后面的一营迅速登城。接近午夜的时候，三纵的三个旅在城中心十字路口会师。这时候，宿县全城只剩下最高指挥官张绩武和他的司令部的三百多人困守在城西南的一座教堂里。
三纵司令员陈锡联对张绩武发出最后通牒，命令他放下武器。张绩武不从，三纵的攻击再次开始。官兵们缴获了敌人的三辆装甲车，三辆装甲车随即掉转炮口向教堂射击。张绩武率领残部冒死突围，但四面都是喊杀声。班长李正堂带领战士郝占敖、邢四娥、李耀宗、王国双、姜永生冲进一座院子，郝占敖控制着院门口，一个国民党军军官抱着枪企图往外冲，郝占敖一步上前夺下他的枪，大喊：“不准动！动就打死你！”院子里的守军接着喊起来：“不打了！不打了！我们缴枪！”清点俘虏时，不见张绩武。班长李正堂盯上了俘虏群中一个满脸锅灰的人，因为这个人总是问：“你们对俘虏官杀不杀？”
李班长问：“叫什么？”
这个又小又瘦的人说：“方晓兮。”
“干什么的？”
“商丘兵营管理所中尉书记。”
书记，即国民党军中管理文书文件的普通军官。
李班长瞪起眼睛：“不对！你是大官！”
宿县攻坚，三纵歼敌一万两千余人，俘虏张绩武和他的少将参谋长韦编。
宿县被攻占之后，徐州战场上的国民党军被孤立，且徐蚌地区的国民党军主力被分割成了南北两块。
毛泽东对中原野战军攻占宿县给予极高的评价：“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，这种形势的造成，主观上是因为我华东、中原两大野战军会合并攻占宿县，客观上是敌人只有某种程度的防御能力［对于这一点决不可轻视］，很少有攻击能力［对于这一点必须有充分认识］。”
宿县战斗中，三纵官兵缴获了国民党军一四八师副师长钱卓俨的日记。这是一本二十天前刚刚启用的新日记本，钱副师长计划这本日记本可以使用半年，只是不知“须记下多少愁怨”。他刚从宜兴老家休完假返回宿县，新日记本启用的第一页，就记述着这位多愁善感的军人排遣不掉的哀伤。
十月二十五日：
离宿县已十日，返宜兴休假亦已八天。国事蜩螗，民不聊生，所见所闻均是一片叹怨声……待关外共军内调，局势当更危难。西北一隅尚属偏安。今郑汴撤守，陇西当非净土，鲁南鲁西，大战一触即发，刻四川以东、长江以北已烽火遍地。即江南各地亦不安宁。经济方面，金圆券之信用根本动摇，游资物价一如币改前，难望稳定。每一国人无不亟亟不可终日。
十一月十二日：
津浦南段态势日急，共军主力在徐州东北西三方面猛扑，徐州从滁县铁路日夜有破坏，交通通讯时断时续。因军运繁忙，客车今日起暂停驶。下午余到街中巡视，民众均精神紧张仓皇，宿县之今日已如死城矣。下午一时许，宿县西门外三五华里处，交警十六总队派队与敌接火，双方兵力虽不多，而战则激烈。薄暮，北门外亦接战。
日记只记述到一九四八年十一月十五日，这是宿县失守的那一天，日记断断续续的最后记述是：“为免家中挂念，上裴哥一电，告共军围攻已三昼夜。”“今晨二时许，共军向车站交警阵地猛扑，我守军撤入城内，车站屯有大米一万八九千包及其他食盐等物资甚多。到此时，东西南北关已尽失矣！”最出人意料的是，身陷绝境的钱副师长，不知因何想到了宿县以北几百公里外另一个身陷重围的人：“此次陈毅所部全力谋击溃我黄兵团，共军兵力亦优势，闻黄焕然（黄百韬，字焕然）此番极为难苦。”
此时，围攻碾庄圩的战斗仍在艰苦地推进。
在碾庄圩的东面，八纵攻击的是国民党军第六十四军。包括军长刘镇湘在内，这支广东部队不愿听黄百韬的指挥，打起仗来却十分凶狠。八纵二十二师六十五团和六十六团合力攻击四七五团防守的唐家楼村。官兵们打进村子之后，遇到猛烈的火力拦截。四七五团布置的射击孔大多贴近地面，攻击部队即使匍匐前进也会遭遇杀伤。敌人的多数工事都筑成夹层，可以从冲过去的部队的后面进行隐蔽射击。激战持续一整天，八纵的两个团攻占了半个村庄，战斗中六十六团政治委员李树桐牺牲。第二天，两个团调整了攻击部署，六十五团的两个营因为伤亡减员合编成一个营，由团长刘佐亲自指挥。战斗中三连长和指导员相继牺牲，副连长田胜美把全连剩下的战士编成两个班，战至最后，田胜美负伤，全连只剩下四个人，但终于攻占了唐家楼村。十五日以后，在加强炮火掩护后，八纵分别由火烧房子村的西北和大院上村的西南向碾庄圩进逼。
在碾庄圩的北面，四纵攻击的是国民党军第二十五军。第二十五军是黄百韬的嫡系部队，因此一直被部署在碾庄圩充当黄百韬的预备队。在这个方向上，一个村庄丢失后，黄百韬命令必须夺回，但是上去的部队接连被四纵歼灭。前沿村庄失手后，第二十五军的阵地暴露在四纵的炮火打击下。四纵右翼攻击部队用了八小时攻占大兴庄，歼灭第六十四军的一个团的大部，取得村落攻坚战的第一个胜利，为此纵队司令员陶勇进了大兴庄，与官兵们一起总结攻坚制胜的经验。大牙村的攻坚进行得十分艰苦，十二师的突击队在撕开守军前沿阵地后，遭到猛烈的连续反击，残酷的白刃拉锯战随即展开。突击排长李公然率领一个排在突破口拼死坚持，最后全排大部伤亡，李公然在白刃战中连续刺倒十几名敌人，全身七处受伤，至死不退，突破口的保持使后续部队得以突进。
在碾庄圩的西南，首先遭到毁灭性打击的是第一〇〇军四十四师。四十四师在曹八集受到六纵猛攻的时候，军长周志道想率部队前去解救，同时也可以顺便向邱清泉的增援部队靠拢，这种不“同舟共济”的想法立即遭到黄百韬的拒绝。周军长只得命令四十四师残部想法向军部靠拢，同时派出两个团前去接应。但是，空中侦察机飞行员报告说，看见四十四师大约两千多官兵正缓慢地向北走，手里都没有拿武器。周军长这才知道，他的四十四师大部分官兵都已成为俘虏。
第一〇〇军军部在彭庄，村庄里还有军直属炮兵营、特务营、六十三师师部和三个步兵团。彭庄是个较大的村庄，周围地堡密布，战壕交错，距离碾庄圩三公里，是碾庄圩外围重要的防御支撑点。经过总结经验和多方面准备，十四日黄昏，在强大的炮火准备后，六纵十八师由西南和西北、十六师由东和东南同时开始了强攻。十七师则位于彭庄与前黄滩之间，一方面阻断彭庄之敌撤退的后路，一方面阻击前黄滩之敌可能对彭庄的增援。六纵的攻击开始后，第一〇〇军连续实施反冲锋，同时集中炮火猛烈轰击。战至午夜，双方在战场上形成胶着。六纵迅速调整部署，将十七师一部也投入到对彭庄的攻击中。十五日凌晨二时，六纵的攻击重新开始，当两个团插进彭庄之后，第一〇〇军的防御线被割裂。
凌晨时分，冷雨飘洒。十六师四十八团二营在接近祠堂时，与国民党守军的一个机动分队在雨雾中迎头相撞，肉搏战结束后二营伤亡很大。官兵们接着往前冲，谁知前面又出现了一座祠堂，祠堂内的守军火力猛烈。五连长刘志成率领二班顺着一条河沟向祠堂接近，他身边的战士不断地有人倒下，最后刘连长终于冲到祠堂的围墙下，把炸药包从守军的射击孔塞了进去，但很快被守军推了出来，刘连长再次把炸药包连同两颗手榴弹一起塞了进去，随着剧烈的爆炸，围墙被炸开一个缺口，五连蜂拥而入。四十六团三连爆破员张庚发连续爆破几座地堡，又抱着机枪猛烈射击，弹尽后举着手榴弹冲入敌群，英勇牺牲。五十二团三营八连二排长陈永祥率领突击组第一个冲入突破口，与守军仅隔一道墙展开激战，墙内守军的手榴弹密集地投过来，突击组很快就剩下陈永祥和两名战士了。三个人利用废墟迂回前进，边前进边不断地吹哨子，喊：“一连在左！二连在右！”最后一直冲到第一〇〇军的核心阵地，陈排长对着第一〇〇军军部的窗户猛烈射击，然后大喊：“你们被包围了！”
彭庄的混乱令黄百韬焦急万分。他命令第四十四军军长王泽浚派一个营前去增援，但是自顾不暇的王军长手里已经没有可以调用的预备队，只能从自己的阵地上临时抽调一个连，可是这个连还没有冲到彭庄，就听溃逃下来的第一〇〇军官兵说彭庄已被攻占。第一〇〇军军长周志道在三百多官兵的簇拥下，向北逃跑。途中，一颗子弹将他的胸部贯穿，他被卫兵们抬着消失在雨雾中。
彭庄守军开始向碾庄圩方向奔逃。
六纵官兵在后面猛追。一位名叫许云海的班长带着一个战斗小组追上了一个戴眼镜的大胖子。胖子双手抱着头趴在地上。许班长说：“别害怕！解放军宽待俘虏，站起来跟我走！”胖子站起来就跑，许班长说：“再跑我就开枪了！”胖子又一下趴在地上，直说：“不要打！不要打！”押解这个胖子让许班长很是费心，因为胖子走几步就趴下来。押解到团部后，团政治处主任问：“你是什么官？”胖子说：“秘书长。”许班长从胖子身上搜出一份文件，文件上写着：“呈副军长杨收”。胖子犹豫了一下，说：“我是第一〇〇军副军长杨诗云。”
碾庄圩的南面就是陇海铁路，第四十四军军长王泽浚在碾庄圩火车站指挥战斗时左手被炮弹炸伤。王军长心情恶劣，此刻，在他的防区前沿，几乎所有的村庄都被当面的华东野战军第九纵队攻占。十四日上午，一五〇师四五〇团防御的村庄被突破，团长杨南邨被俘，官兵仅有四十多人得以逃脱。十五日拂晓，四四八团放弃了自己的阵地，跑到车站附近。四四八团撤退后，四四九团因为侧翼暴露，也没请示就从车站月台阵地撤走了。军山炮营已经没有炮弹，黄百韬不但不给他补充，还命令王泽浚把山炮全部交给碾庄圩的兵团部，说以后由兵团的榴弹炮支持他作战——让一个部队上交武器，这在军中是件很敏感的事情，等于表明这支部队在政治上和军事上已经得不到信任。第四十四军从海州撤退后归属黄百韬指挥，王军长本来就觉得在整个第七兵团中自己颇有点孤家寡人的味道，负伤之后他请求兵团榴弹炮支援车站方向的作战，结果炮弹倒是打过来了，但全部打到了第四十四军预备队的头上，用无线电紧急呼叫并且明确指出偏差后，炮弹依旧往预备队的脑袋上落，这让第四十四军的官兵十分气愤。王泽浚认为，如果再这样打下去，第四十四军真的要反了。而接着发生的事，更让备受伤痛折磨的王军长万分恼火：副官处长让汽车兵随时把汽车准备好，由于天冷，汽车兵怕一旦跑的时候汽车不好发动，为了给发动机预热，他们在乱成一团的枪炮声中发动了汽车。汽车发动的声音让惊慌失措的一五〇师官兵们听到了，于是风传军部要撤退，一五〇师立即放弃了车站西面的两个村庄，结果导致九纵官兵从这个敞开的缺口冲了过来。
从碾庄圩火车站撤退下来，黄百韬命令王泽浚即刻收容溃兵。王军长好容易把一些溃兵集中起来，但是黄百韬不许第四十四军进入碾庄圩，附近的其他部队也怕引起自己的混乱拒绝收留。于是，第四十四军惊魂未定的官兵被派往前黄滩和彭庄附近的几个小村里构筑工事。王军长命令四四八团的两个营守前黄滩，四四九团的两个营、军直属特务营、工兵营、炮兵营和一五〇师直属队的两个连编在一起守小李庄。
从十五日开始，在距碾庄圩仅有一公里的前后黄滩、小李庄附近，华东野战军官兵开始昼夜不停地挖坑道。黄百韬不断地派出小部队进行短促突击，但仍旧无法阻止坑道的快速延伸。最后，前后黄滩与碾庄圩的交通和电话都被断绝了。接着，攻占彭庄之后推进到这里的六纵对黄滩发起了攻击。
王泽浚神思恍惚：“共军白昼紧迫作业，采取渗透战术，每日黄昏前即开始攻击，猛冲猛打，通宵达旦，一刻不停，短兵相接，喊杀之声不绝于耳，阵地报失，噩耗频传。在十六、十七两日，部队弹尽粮绝，虽然前一天曾空投粮弹，但早已用光，即使将被击毙击伤之骡马烹食，但粥少僧多，无济于事。”
四四九团团长萧德宣的电话打到军部时，王泽浚正在吃饭，电话是一六二师副师长李秾接的：
萧德宣在电话上向我报告：“师长（赵璧光）又丢了部队跑了，有人看见他向军部跑去，我已将前面敌军打退，请师长赶快回来，安定军心。”萧德宣声音很大，王泽浚也在旁边听到。电话刚完，赵璧光突然来了。王泽浚怒不可息地把眼一瞪，把饭碗一摔，指着赵璧光大骂：“你这个狗东西！”我连忙推了赵一掌说“快回去，没事了”，赵璧光一溜烟地跑了。
但是，第四十四军的黄滩前沿阵地还是丢失了。
华东野战军围歼黄百韬兵团的部队距碾庄圩仅剩了不到一公里。
黄百韬任命第二十五军副军长杨廷宴为碾庄圩警备司令，命令他组织敢死队去收复阵地，但是敢死队的几次出击都以失败告终，整个碾庄圩都已被伤兵充斥——“伤员包头扎脚，卧者坐者，有的呻吟，有的吵骂，血迹遍地，脓腥熏人，凄惨情状，目不忍睹。”
在攻击黄滩的战斗中，六纵官兵们居然簇拥着六辆坦克发动了冲锋——在济南战役中缴获的日式小坦克，隶属于华东野战军坦克大队，坦克员奉命加强对第四十四军最后残余部队的攻击力量。国民党军官兵不知道共产党军队已经有了坦克。因此，当他们在战场上看见坦克的时候，很容易联想到是徐州的邱清泉、李弥兵团到了，一个国民党军连长兴奋地跑上去，结果即刻被打死了。六纵十七师师长梁金华化装成国民党军军官，命令把坦克直接开到第四十四军一五〇师四四九团的前沿阵地上，四四九团团长萧德宣在那一刻看见了这样的情景：
浓雾中突闻马达声自远而近，三辆坦克直开到我团阵地前约三十公尺处，上口露出一个半身的人高声喊道：“我们是第二兵团的，来给黄司令官取联络的，你们的兵团部在哪个庄？你们是哪个部队？”阵地上所有官兵都从战壕里站起来看，我也从指挥所出来走到地堡上，这时阵地前沿张启汉营长大声喊道：“情况不清楚！不准和他讲话！进入阵地！”那坦克向我们上空打了三炮，急开到第四十四军后黄滩指挥所和前黄滩第一六二师阵地与我团阵地之间的旷地上成三角配备停了下来。这样，我团同军指挥所和第一六二师的联系被割断了。
徐州以东阻击战进行到第三天的时候，杜聿明意识到，这种正面突击恐怕很难奏效，如果增援行动再拖延下去，黄百韬兵团必定被歼。十五日夜，杜聿明向邱清泉下达了新的作战计划：从徐州东南迂回潘塘、张集、房村，从侧翼向北攻占大许家，配合正面东进的增援部队，打开解围黄百韬兵团的通道。
邱清泉接到命令后左右为难。部队从徐州出动的时候，兵团参谋长杨毓秀提出过迂回增援的方案，但是被他否决了。现在，当他把杜聿明的计划告诉杨参谋长后，杨毓秀明确表示已经不可能实施迂回了，因为迂回作战必须使用精锐部队，就第二兵团来讲，可以使用的第五军和第七十军全在徐州东面突击华东野战军的阻击部队；第十二军是杂牌部队，战斗力很弱，不敢使用；第七十四军刚刚组建，战斗力也不强，尤其是缺乏迂回作战的经验，闹不好就会被歼灭。但是，杜聿明的命令又不能不执行，邱清泉和杨毓秀商量了半天，最后决定还是让第七十四军去。
第七十四军接到命令后，军长邱维达满腹狐疑，问参谋长李人俊这是不是意味着第七十四军将孤军深入，李参谋长无法解释，只能说军令不得违背。
于是，大军混战的战场上，巧合的事情猝然发生，因为此时粟裕也派出了一支部队向潘塘赶来。
潘塘位于徐州东南十八公里处，是杜聿明解救黄百韬兵团的增援部队的侧翼，也是华东野战军派出的阻援部队的侧翼。这里距离徐州机场仅八公里，当津浦铁路被中原野战军切断后，这里便成为徐州国民党军唯一的交通命脉——这是个牵一发而动全身的敏感之地。
在碾庄圩以西、徐州以东，阻击邱清泉、李弥两兵团的战斗打得十分艰苦，增援之敌虽被迟滞，但终究在一点点地向黄百韬兵团推进。如何给邱清泉和李弥的增援部队以更有力的打击？粟裕盯上了潘塘这个敏感地带。早在部署围歼黄百韬兵团的作战时，粟裕已将苏北兵团的三个纵队派往新安镇以南的宿迁、睢宁一带，为的是堵截徐州之敌南逃。现在，粟裕决定使用苏北兵团，命令他们以急行军的速度赶到潘塘，侧击邱清泉东援部队的后路，并威胁徐州机场，用攻其必救的战法，迫使邱清泉、李弥两兵团因西顾徐州而不敢全力东进。
十六日凌晨三时，在漆黑的夜色中，两支对向开进的队伍在潘塘东南张集附近突然撞到一起。天亮之后，毫无准备的双方将领都大吃一惊：在以潘塘为中心的五公里范围内，交战双方的部队已经交错地纠缠在了一起，谁都不清楚对方从哪里赶来，究竟有多少兵力。第七十四军军长邱维达接到的侦察报告说，当面出现了共军五个纵队的番号，其中一支部队距军指挥部仅三里；而华东野战军第二纵队司令员滕海清也吃惊地发现，国民党军的一支大部队与他的指挥部仅隔着一条水沟。
二纵没有迟疑，立即展开部队实施攻击。
第七十四军退守潘塘镇，并与旁边的第十二军一一二师于一凡师长取得了联系。
潘塘镇战斗随即打响。
潘塘镇战斗的猝然发生，令粟裕和杜聿明都感到庆幸。粟裕的本意，是派部队侧击敌人的侧翼，并威胁徐州机场，以造成敌人增援部队的混乱。没想到恰恰截住了偷袭华东野战军阻援部队的第七十四军。如果让第七十四军从侧翼插进去，在碾庄圩以西的阻击部队将会受到极大威胁。而一旦阻击线被扯开，黄百韬兵团很可能冲出包围圈。杜聿明的本意，是想用侧击的方式打通增援黄百韬的路线，但极其凑巧地阻击了粟裕侧击救援部队和袭击徐州机场的行动。如果机场再被袭击或者占领，不但邱清泉和李弥的东进兵团后路将断，徐州与南京的空中通道也将被截断。
庆幸之余，潘塘镇遭遇战还是让杜聿明和邱清泉都吓出了一身冷汗。他们知道第七十四军战斗力很差，根本无法抵挡解放军任何一支部队的攻击，而附近的第十二军一一二师是东北军的老部队，政治上很不可靠，如果在这个关键时刻他们投靠了共产党，徐州的后方就更加危险了——据一一二师师长于一凡回忆，他们当时真有起义的想法。于是，杜聿明亲自指挥，国民党军开始向潘塘镇火速增援。
二纵司令员滕海清提出的口号是：“越坚决，越大胆，就越能胜利。”二纵的潘塘之战打得坚决果断。在敌人组织起猛烈反击的时候，各部队的前沿都出现了激战，作战双方的伤亡都很大。曾被授予“华东一级人民英雄”称号的六连副连长龙加夫在战斗中阵亡。这是一个具有丰富战斗经验的基层指挥员，曾编写过一本《龙加夫打子母堡手册》，成为当时全军的军事教材。部队遭到敌人反击的时候，龙加夫带领六连冲了上去。上去之前，他把几枚银元交给指导员算是交了党费，然后把上衣脱下来叫指导员设法转交给他的母亲。冲击的路上，龙加夫被数粒子弹穿透胸膛，负伤倒下后他又重新站起来，抱着一束手榴弹跌跌撞撞地扑向敌群。六师十六团三营长鲁锐也阵亡了。鲁营长皮肤白皙，身材高大，梳着分头，英俊潇洒，八年前他穿着学生长衫参加了共产党领导的新四军。他当政工干部时学识丰厚，威信极高；当军事干部时作战勇猛，身先士卒，荣立过一等功。鲁营长牺牲后，棉上衣已被鲜血浸透，但脸还是那么白净。三营官兵发现，营长的所有财产都在他军上衣的两只口袋里，右边的口袋里是一支小烟袋和一个烟荷包，左边的口袋里是他用硬纸做的一副扑克牌，上面的红桃、方块、黑桃和梅花图案都是他用红薯刻成的字模印制的。与扑克在一起的还有一张小纸片，上面写满了字，最后的几行字是：“我是淮海人，在这次伟大的淮海战役中，我要率部队打先锋，不惜贡献出自己宝贵的生命。”
由于国民党军增援部队大量到达，粟裕命令苏北兵团撤出潘塘战场。
第七十四军不但没有被歼灭，而且潘塘方向的解放军撤了，这令邱清泉大喜过望，于是通电告捷，说他的第二兵团猛烈反击，歼灭当面共军大部。徐州“剿总”当即开始渲染“潘塘大捷”，锣鼓声一时间响彻徐州的大街小巷。“大捷”惊动了国防部，南京派出携带大量现金的战地慰问团赶赴徐州。慰问团阵容浩大，由国防部新闻局长邓文仪亲自率领，成员有参政员、立法委员、新闻记者、上海工商界名人、美军顾问团新闻处成员等三十多人，到达之后无论官兵每人一律赏大洋两块。出乎邱清泉意料的是，慰问团提出要到战场现地参观，邱清泉只好不断描述战场如何危险，这才把事情搪塞过去。但是，有一件事邱清泉吹嘘之后不好隐瞒，那就是他说第二兵团俘虏了共军的一个整营，并且武器齐全。俘虏可以搪塞说已经押送走了，可是缴获的武器总要让记者们看看，只好临时凑起来二百多支各种枪支，堆在一起让记者们拍照。邱清泉还树立了一个火线“接通电话线”的通信兵作为典型，但是无论是徐州“剿总”还是邱清泉本人谁也没见过这名士兵。南京国防部决定授予这个通信兵青天白日勋章。于是，邱清泉赶紧命令政工部门“临时找了一个士兵冒名顶替接受了这枚青天白日勋章”。
此时，为解救黄百韬兵团，淮海战场上的各路国民党军都被调动起来，但却在各个方向上受到猛烈而顽强的阻击。其中，在徐州以东距离黄百韬最近的邱清泉和李弥两兵团，依旧被阻击在距碾庄圩咫尺之遥的地方。
十六日，邱清泉的第五军四十五师攻击孙庄，遭遇顽强阻击。邱清泉亲自来到前沿督战，在兵团参谋长的建议下，战场上成立了督战队。督战队宣布：只许前进，不许后退；谁要后退，格杀勿论；即使逃到徐州，没有特别通行证抓到当场枪毙。邱清泉还命令四十五师师长郭吉谦组织敢死队，办法是重赏和连升三级。开始要求自愿报名，但报名的只有七个人，于是又改成上级指定。敢死队在火炮的支援下拼死冲锋，残酷血战之后还是被打了回来。
李弥的第八军四十二师在坦克的支援下攻击麻谷子村，村庄的外围是道水围子。飞机投下了五百磅的重型炸弹和大量的燃烧弹，整个村庄变成一片火海。“共军不是被炸死就是被烧死了”。李弥说，“只要搜索一下就可以占领了。”但是，冲击的步兵在接近水围子时，还是遭到猛烈的射击——“天色已晚，解放军又善于夜战，国民党军不仅未能扩大战果，反被解放军赶出土围子，并被大量杀伤在水围子中，尸体几乎填满了水围的沟渠。”李弥不禁感叹道：“他们是人不是神，就是钢铁都要融化，为什么能这样顽强？”
邱清泉和李弥的先头部队几乎可以看见碾庄圩了。
被围困在碾庄圩里的黄百韬也可以听见西面的枪炮声了。
但是，碾庄圩已经濒临陷落。
首先覆没的是第四十四军。
“入夜战斗更为激烈，通讯设备全部被击毁，军、师之间通讯从此断截，火力猛烈，炮火连天，火药气味辛辣刺鼻，房屋着火，火势熊熊，墙壁倒塌，犹如天崩地裂一般，烟尘弥漫，对面几乎不见人。已伤者再伤，死者重遭炮击，尸横遍野，目不忍睹。”第四十四军一五〇师四四九团团长萧德宣决定不打了。他把可靠的军官布置在团指挥所的门口，然后请来了师长赵璧光和四四八团团长何亚颜。
我先讲了形势，然后问：“师长，何团长，是打？是坚守？是投降？还是退到兵团阵地上去？”赵、何低头不语，沉默了约十分钟，我团第二营营长余孟刚大声说道：“要打，叫师长、何团长去打，我们是不打了！”赵于是说：“现在只有你们团是完整的，仲勋（萧德宣）怎么说我们就怎么干好了！”我说，孟刚的话很有远见，不过还是请师长和亚颜兄决定。赵璧光说：“不打就投降吧！不过，这怎么对得起军长啊！”我说：“识时务者为俊杰，军长也跑不掉。”我当即叫营长余孟刚带着第四连连长陈华，拿了我写好的字条向解放军阵地走去，要他们两人把字条交给解放军任何一个团以上政治机关都行。字条上写着：“国民党第四十四军第一五〇师师长赵璧光决定战场起义，请即派部队前来占领阵地。”我恐赵、何变卦，没让他俩出去，我即下令集合队伍。这时，师直只剩下一个迫击炮营二百多人，何团长就剩下一个光杆团长了。师参谋长李鼎等十余人不愿集合，向兵团部逃去。全部二千二百六十多人，清点人数后，华东野战军第六纵队派了一位教导员和营长来接替阵地，说道：“欢迎！欢迎！你们快向西撤下去休息，我们掩护！”
此时，第四十四军指挥部已被炸塌，军长王泽浚被埋在瓦砾之中。挣扎出来后，他只身逃往附近的四八五团指挥所，但该团团长康即戎不知去向，指挥所里只剩一名炮兵排长。排长让他的军长赶快跑，王泽浚对炮兵排长说：“我就在此地，你们不要管我。最好你去找你的连长，叫他自打主意，突围逃命也好，在此继续抵抗也好，投降共军也好，我都不管。”炮兵排长马上去找他的连长，可是不一会儿又回来了，他告诉军长：“共军已经解除了我们的武器，要我们去集合，你最好不要暴露，也同我们去吧。”话音未落，解放军官兵已经出现在王泽浚的面前。王泽浚说他是个排长，于是解放军官兵让他躲在工事里，一再嘱咐说小心别让炮弹炸着。半小时之后，一位解放军干部来了，从表情上就可以看出，他已经知道了王泽浚的身份——天亮了，王泽浚虽然穿着一件士兵的大衣，但里面穿的是黄色毛织的将官军服。
王泽浚见到华东野战军第六纵队司令员王必成、政治委员江渭清和副司令员皮定钧。
王必成问：“黄百韬对你们很好吗？”
王泽浚说：“他怎么能对我好呢？我们是川军！抗战初期出川的时候，是三十四个团，被老蒋摆弄来摆弄去，到昨天晚上和你们作战，只剩下四个团了！一共十二门山炮，一门丢了，一门打坏了，还有十门，一发炮弹也没有，连炮带骡马，全都交给了黄百韬，放在碾庄圩。人家换过好几次美国装备了，我们还是汉阳造的破枪！”
王必成再问：“你有什么感想吗？”
王泽浚没有答话，他摇一摇头，“转动在眼角儿的泪珠儿簌簌地滚滴下来”。
十七日上午，顾祝同飞到碾庄圩上空，用地空联络电台与黄百韬通话。他告诉黄百韬，增援的邱清泉和李弥打得很艰苦，建议第七兵团主动向西突围，争取与邱清泉和李弥的部队会合。黄百韬明白，这就意味着增援无望了，他没再埋怨什么，只是说：“我总对得起总长，牺牲到底就是了。”黄百韬放下电话，对身边的第二十五军军长陈士章说：“反正是个完，突围做什么？送狼狈样子给邱清泉看着快意吗？不如在此地一个换一个地打下去，最后不过一死，也对得起党国和总统、总长，叫黄埔同学看看，也好鼓励他们以后不要再钩心斗角地只图私利。万一党国转危为安，也是我们的贡献。”
其实，顾祝同也知道，不要说向西突围，即使是在碾庄圩，黄百韬的第七兵团也已经无法坚持了。