黄维兵团防御体系的外围阵地在解放军中原野战军、华东野战军的预备性扫**下，一个又一个地丢失了；蒋军能够控制的地域东西不足两公里，南北不足三公里。官兵伤亡更为严重：吴绍周八十五军，只剩下了黄子华二十三师；熊绶春十四军，大部被歼，或成建制地投降，只剩下八千多人；覃道善的十军，每个师都伤亡半数；能够勉强维持建制的，只有杨伯涛十八军。
十二月五日中野司令部研究认为，敌黄维兵团被围困半月以来，损失总兵力至少达三分之一，总攻时机已经成熟。当天，由刘伯承司令员下达了对黄维兵团发起总攻的命令。该命令摘要如次：
从明日十六时半起开始全线对敌总攻击，各部不得以任何理由再事拖延。
陈赓、谢富治集团务歼沈庄、张围子、张庄地区之敌；陈锡联集团务歼三官庙、马围子、许庄地区之敌；王近山、杜义德集团务歼双堆集以南玉皇庙、赵庄及以西的前周庄、周庄、宋庄之敌，并控制上述地区，然后主攻双堆集，全歼敌人。
陈赓、谢富治集团即东集团，由中野四纵、七纵、十一纵和豫皖苏军区独立旅组成；
陈锡联集团即西集团，由中野一纵、三纵以及华野十三纵组成；
王近山、杜义德集团即南集团，由中野六纵、华野七纵以及陕南军区第十二旅组成。
一九四八年十二月六日十六时，总攻的准备是摧毁性炮击，清扫黄维兵团周围抗拒性障碍物和守军密集区域。一个小时后炮击暂停，解放军步兵三个集团从东、西、南三个方向同时发起了进攻。
前一阶段的攻击重心是由陈赓、谢富治的东集团负责，夺取李围子、沈庄、杨围子、杨庄（杨庄共有大小四个），歼灭守敌，使敌人防御体系瓦解，将其兵团司令部所在地双堆集核心阵地、临时飞机场完全推至解放军枪口下。
第二阶段的攻击重心由王近山、杜义德的南集团负责，待陈、谢集团得手后，即改牵制性攻打为向心突击，由南向北直奔双堆集，活捉黄维。
陈、谢集团所属四纵的首攻目标为李围子。
事前陈赓征求谢富治意见，李围子守军是敌十四军之第十师（欠一个团），两个旅去攻取怎么样？
谢富治认为，三天前周希汉（旅长）第十旅两次攻取李围子都铩羽而归；现在是总攻，贵在速决，无论如何要设法调集三个旅投入才可保无虞。可否三个旅给周希汉、廖冠群（政委），让他们去报一箭之仇？
陈赓哈哈大笑起来。笑罢点头说，好吧，就让周希汉去报一箭之仇吧。
商议战场分工时，谢富治请陈赓在司令部总管全局，他去前沿掌握。
陈赓不同意，理由有三：其一，他喜欢瞧热闹；其二，他是军事指挥员，理当在前沿掌握战况。后来又搬出了毛主席的指示，政委必须在作战期间牢牢掌控全体指战员的思想情况；所以得守着司令部的所有电话。
最后是陈赓争赢了。
陈赓在战斗打响的头两天就来到前沿。在十旅旅长周希汉陪同下，远距离考察李围子的地形和敌人火力配置情况；还亲自用冲锋枪对敌人进行侦查性射击，吸引敌人开火，以观察各火力点所在位置。
他向周希汉指出：前几天攻打李围子为什么没有成功？问题在于你们轻视了敌人在平原开阔地带设防的专业水平，以致忽视了其工事的坚固程度。这次你们应该采取抵近攻击战术，学习华野打黄百韬时行之有效的近迫作业经验抵近敌人前沿，筑成攻防两用阵地，尽量缩短我军冲锋时暴露在敌人火力下的时间，以减少伤亡。另外，攻击部队须采取多路出动齐头并进以分散敌人之势，向中心地带猛力穿插。
攻击开始前的一个小时，陈赓巡视到二十八团、三十一团的阵地上。电话兵向他请示，在哪个团架设“前指”的电话线？
陈赓微笑说，“前指”在谢政委那里，这里只有陈赓一人；不用架电话，我是来观战的。
谢富治在指挥所接到前沿各部打来的战况汇报电话，总是在第一时间用电话通知二十八团和三十一团，命令立即向陈赓司令员报告。
陈赓接到的第一个报告是二十九团的捷报：该团仅用了五分钟就突破了敌人西北角阵地，直逼敌人集团工事，夺取了敌人炮兵阵地。
第二个消息可就让陈赓紧张起来了。二十八团的突击部队第三连冲到敌人阵地前残存的障碍物地带，遭到敌人两个连的反击。敌人使用的美制火焰喷射器对三连的杀伤较为严重。三连指战员不顾一切，前仆后继，勇往直前；连续三次猛烈冲锋，全连只剩下一个班的兵力。敌人也不轻松，死伤超过半数。三连剩下的这个班以伟大的英雄主义精神打进了敌人工事。残敌也不甘失败，疯狂围攻这个英雄班。危急时刻，在三连左翼与敌作战的一连分出了一半兵力冲过来助战，终于消灭了这股残敌。
陈赓这才稍稍吁了一口气。
三十一团和三十二团二营战绩不差，较短的时间就突破了敌人阵地，向纵深稳步发展。
生死存亡关头，敌人也十分顽强，拼命抵抗，与解放军展开了每一个地堡、每一段阵地、每一座房屋的争夺战。
一个半小时的激战，蒋军第十师的两个团被歼灭，其师长张用斌负重伤；李围子被陈、谢集团的火炮打成了一片废墟。俘虏兵被炮火吓傻了，喃喃自语炮火太凶了，打得好惨呀。十师特务连（负责勤务与通讯）的伤兵对解放军战士惊恐万状地说：“你们炮击的时候，整个村子就像水上的一只船，乱摇晃，好吓人呀！”这个特务连只剩下三十多人，八十多人死在炮火下。
宣称来观战的陈赓一点也不轻松，比直接参战的人还紧张。直到周希汉向他报告李围子战斗胜利结束时，他才长长地吐了一口气，擦了擦脑门上的汗水。事后他对谢富治说，过去部队冲锋开始的时候，我从不紧张；两次打李围子把我打“怕”了。这是第三次呀，发起冲锋时我紧张得不得了，好像犯人上刑场似的，魂飞魄散。
四纵乘胜以四个团的兵力，围歼沈庄守敌第十四军之八十五师（欠一个团）。承担围歼任务的这四个团分别隶属于十旅、十三旅、二十二旅；十一旅则以火力压制杨围子、杨庄，支援沈庄的战斗。
三十八团的九连借助抵近工事，预先潜伏到敌人鼻子底下。全团发起冲锋时他们跃身而起，像一百多只老虎般飞步跳入敌人工事，压制住尚在抗击的敌人；使后续部队得以迅速突破了前沿。不到半个小时就占领了整座村庄（沈庄）。
二十九团、三十团以十分钟的快速冲击，突破了敌人前沿阵地。接着便向纵深穿插。
六十六团也快速突破了敌人前沿阵地。
两小时战斗，解放军全歼敌八十五师师部及其两个团，俘虏八十五师代师长潘琦以下一千二百多人；解放军伤亡十九人。
杨围子同样是敌十四军阵地。军部率十师一个团、八十五师一个团和一个炮连防守；阵地的纵深大，工事坚固复杂。
陈赓派遣四纵十旅、十一旅、十三旅、九纵一旅各一部，分多路攻打杨围子。经过九个小时的激烈战斗，反复争夺，攻占了蒋军杨围子的全部外围阵地。各团向纵深地带发展，一个小时就将杨围子守敌全部歼灭，军长熊绶春被击毙，副军长谷炳奎、参谋长梁岱被俘。
梁岱被送往后方俘虏营途中，遇到解放军一位中年军官。
这位中年军官骑一匹高头大马，戴一副眼镜。后边的几名警卫员都骑着马。
这中年军官翻身下马，看了看俘虏队伍，高声对梁岱笑着说：
“啊，你是少将！哪个部队的？你职务是什么？”
“报告长官，我是十四军参谋长梁岱。”
“啊，是梁参谋长！你们熊军长呢？”
“回长官话，已经阵亡了！”
“啊，很遗憾！尸体在什么地方？”
“在杨围子村里。”
“把熊军长的卫士留下来！”他吩咐押送俘虏的政工干部。那政工干部找来熊绶春的卫士后，他又吩咐那干部道：“你陪熊军长卫士去找熊军长尸体，好好埋葬，立个碑，以便于他的家人查找。”
“司令员，碑上写什么字？”
“就写……国民党军队十四军军长熊绶春之墓吧。”
这位被唤作司令员的人走了后，梁岱才从押俘战士那里知道是陈赓。
九纵的任务是在兄弟纵队协同下，首先攻打张围子。
守张围子的是胡琏曾任军长的十军之七十五师二二三团。这个团是十二兵团的“九大主力”之一，人数达到两千，一色的美械装备；而且胡琏经营了多年，部队里中其毒者很多，十分死硬。胡琏把这个团命名为“青年团”。张围子防守的优势是既能得到双堆集核心阵地炮火支援，又可用张围子自己的步炮构成前沿的炮火之墙。
不过，战前九纵七十六团、七十八团接到陈赓指示后，就已冒着敌人的火力压制进行了三昼夜的近迫作业，挖好了三条主交通沟和连贯主交通沟的多条支沟，将攻击出发地抵近至敌阵六七十米处。
十二月六日十六时，二十六旅七十八团由张围子东北和正东进行主要突击。这个团刚从郑州调来，有轻敌情绪，没有周密组织步、炮协同；加上守敌战斗力不弱，攻击没能成功。
九纵司令员秦基伟获悉，向二十六旅向守志旅长下令，加派该旅主力七十六团参加战斗，重新组织进攻。
秦基伟还不放心，亲赴前沿，与向守志一起研究进攻策略；首先叫向守志将交通壕再向前延伸二十米，把平射炮抵近敌前至一百米处以加强直射威力，同时增加突击队力量。
七日十八时，再次向张围子发动攻击；这次是两个团的兵力，期在必克。
平射炮的炮弹直接冲击一座座堡垒，钻进去后立刻爆炸，效果特别好；敌人的工事大部被摧毁，战壕也被填平。突击队顺势冲过去，不到十分钟就占领了前沿。蒋军不甘失败，组织了八次反扑，一次比一次疯狂；都被解放军粉碎。解放军后续部队陆续跟进，战果也逐次扩大。
八日凌晨四时，九纵终于全歼张围子守敌。
胡琏的这个“青年团”确实不愧为十二兵团内“九大主力”之一，死硬分子很多，顽固不降。战争结束后留下的尸体很多，俘虏却不多。为数不多的俘虏中有一个战防炮连的连长，他说：“我们青年团是九大主力中最强的；这次我发现你们比我们更厉害。你们打败了我们，别的团就更不是你们的对手了！”
陈锡联指挥的西集团由中野一纵、三纵和华野十三纵组成。
六日十六时，三纵向东马围子实施炮击。
待炮击延伸时，七旅之二营派遣六连乘硝烟弥漫，一举突破敌人第一道阵地。该营之五连、七连迅速跟进，在六连两翼扩大阵线，与之平行推进。一小时之内，击毙两百多敌人，俘虏营长以下一百多人。
但在向纵深发展中，遭到敌人密集炮击；接着又出现了事前未发现的暗堡突然用机枪火力封锁。两位营首长负伤，战士伤亡也很大。
蒋军乘他们立足未稳，从大王庄、西马围子各遣两个连进行反冲锋；解放军二营因为此前损失太大，只好转入守势。
七连二排排长李家海毫不慌乱，指挥全排战斗。肚子被子弹穿了个洞，撕下布条扎紧，继续作战；带领战士们打退了敌人一个半连的三次冲锋。最后只剩下两名新战士（刚入伍两个月的俘虏兵）和三名负了重伤的老兵，李家海排长血流尽后牺牲了；但阵地没有丢失。
这李家海是一年前在大别山入伍的穷孩子。入伍前是打土豪分田地的土改运动骁将，深深懂得紧跟共产党、毛主席，打倒剥削阶级，建立无产阶级自己的国家，才可能彻底挖掉剥削、压迫穷人的总根子；所以他打仗总是那样地奋不顾身，对一同奋斗的战士总是那样地爱护，对敌人总是那样地憎恨。
十九团的一营之三连协同二营五连向纵深进攻之际，突然遭到敌人的火焰喷射器、燃烧弹和炮火攻击，阵地上烧成了一片火海。因为伤亡过大，次日拂晓只好稍作退却。
二十二团一营、二营，攻打西马围子（东马围子次后再打），分别攻占了正北面的暗堡。当继续发展，冲进敌人主阵地时，遭到敌人火力封锁，无法推进。团部此刻不恰当地投入第二梯队，与前两个营的突击队拥挤在一线，成了敌人炮击的目标，致使伤亡很大。只得退出战斗。
十二月九日，解放军十九团负责攻打东马围子。三连、四连在步炮、机枪等武器的火力掩护下，迅速突破了敌人东北角防线。激战一小时，夺取了东马围子，全歼守敌一个连。
同一天，二十三团二营主攻西马围子。因错失炮击掩护的良机，只突破了敌人前沿，打退敌人三次反冲锋；未能攻占敌人的主阵地，反倒遭到来自双堆集的炮火攻击，造成了较大伤亡。攻取西马围子再告失败。
三纵各处攻击也陆续受挫。
三纵司令员陈锡联将情况向刘伯承汇报：部队伤亡超过了四千人，有的连队只剩下几个人；纵司、各旅各团都把机关及直属部队人员充实到了连队，火线整编后再实施进攻。他要求野司增援下一次攻击行动。
刘伯承口气严厉地回答：野司没有援兵可派，须靠你们自行挖掘潜力；作为高级指挥员，要懂得珍惜火线上指战员生命，要打巧仗，切忌打笨仗。
陈毅拿过话筒说：陈锡联，我们的革命战士个个是好样的，就看你怎么使用他们了！
陈锡联懂得野司首长这些话的分量，马上做出了保证：请首长们放心，我一定重新组织，精心指挥，不完成任务我就不回来了！
十二月十日夜，中野三纵迅速抢修工事，将原先已经伸至敌人鹿砦外的交通壕，加筑了横向交通壕以及突击队的出发阵地；重火器尽量抵近敌阵，预设了大量的炸药包抛射筒，准备了总量为两千公斤的大小炸药包。
十一日拂晓，部队隐蔽进入阵地，先事休息。
十一日十六时三十分，华野参加围歼黄维的榴弹炮群开始炮击，中野直属炮兵同时开始炮击，三纵自己的步炮也加入进来，各种各样土法制造的炸药抛射筒也加入步兵出发前的重火器大合奏。敌人的大部分阵地都被掀翻，地堡被连根铲起来抛到半空。前沿的蒋军尚未醒过神来就被震死或震晕了。埋伏在敌人近前的三纵步兵战士，炮击停止后只几秒钟，就一跃而起，冲向敌人。
十九团三营在东南角猛烈冲击，吸引敌人火力，以掩护主力从正东方向冲进村去。
二十六团在敌人阵地东北角攻打，突破敌人前沿，然后向村北攻击前进。
十九团、二十六团密切配合，发展顺利，楔入敌人纵深和侧背，分割包围了敌人。
十九团二连一班，分成两个小组，携带炸药包、手榴弹、手提式轻机枪，攻入敌人前沿阵地，“借用”敌人尚未被华野榴弹炮群摧毁的交通壕，攻击敌人地堡群的侧背，炸毁一个又一个地堡；炸毁了敌重机枪五挺，缴获轻机枪三挺。十九时许，将中马围子的敌人全部肃清。二连一班牺牲了五名战士。
二十六团分兵攻向西马围子东南，切断该处敌人退路。
十九团另一部分协同友邻部队攻打西马围子。
八旅二十二团、二十三团分别从西南角、西北角突破敌人前沿阵地，冲进村内。
敌人十分顽固，拒不投降，还组织了几次反冲锋；但都被解放军打退。南京两天前给黄维运来多枚毒气弹；敌守军狗急跳墙，投入使用。
解放军十九团四连不顾毒气的肆虐，向敌阵**，迅疾包围了敌团部，全歼了敌人。
十九团十连完成了自身任务后，审时度势，主动插到马围子敌人的侧后，切断此地敌人与大王庄敌人联系的唯一交通壕，堵住其逃路。敌人从大王庄派出援兵接应马围子蒋军残部，与马围子残部形成对解放军十连的夹击。十连毫不退缩，决心牢牢控制这条敌人逃跑的通道。十连全体指战员打得十分顽强；最后只剩下两个人，仍然坚守着阵地，为保证主攻方向顺利进行赢得了时间。
马围子蒋军守军不是投降就是被击毙，终于全部肃清。
双堆集的西大门被推开了。