就在塔山一线鏖战之际，东北野战军攻锦部队各突击集团于10月9日发起外围战斗，至13日我军控制了锦州外围，确保攻城部队兵临锦州城下。14日上午，我军向锦州发起总攻，各突击集团在炮火掩护下，快速攻入锦州城内，持续向纵深发展进攻，展开了艰苦的巷战。
15日拂晓，各突击集团相继歼灭守军主力，在城内胜利会师。当日18时，我军全歼残敌，解放锦州。化装潜逃的东北"剿总"副总司令兼锦州指挥所主任范汉杰亦被俘虏，东北的陆上大门就此关闭。
长春方向，我军自1948年6月起就开始了长期围困，长春守敌内无粮草、外无援兵，尽管多次突围，均被我围困部队粉碎。锦州失守后，在我军强大的政治攻势下，位于长春的国民党第60军军长曾泽生于17日率部起义，新7军军长李鸿于19日率部投诚，镇守长春的东北"剿总"副总司令郑洞国成为"光杆司令"，无奈放下武器宣布投降，长春和平解放。
10月20日，东北野战军决定发起辽西会战，攻锦部队北上剑指国民党军"西进兵团"。21日，得到加强的"西进兵团"向南发起攻击，23日到达黑山、大虎山地区，进攻势头被我军拦了下来。
为尽快打通撤退通道，24日，廖耀湘指挥5个师兵力，在200多门重炮和数十架飞机支援下猛攻我黑山、大虎山阵地。东北野战军第10纵队等部在黑山进行顽强阻击、浴血奋战，始终固守阵地，为我主力从锦州赶赴黑山、大虎山争得了宝贵时间。久攻黑山、大虎山不下的廖耀湘部，9个师被合围于黑山以东沿公路两侧地区，另3个师被合围于大虎山以东地区。
26日，我军对"西进兵团"展开向心突击，由于廖耀湘指挥所被我军占领，各部失去指挥，人马惊慌失措、弃甲曳兵、溃不成军。激战至28日拂晓，我军全歼敌兵团部及5个军部、12个师（旅）等共10万余人，俘廖耀湘。歼灭国民党军"西进兵团"，标志着辽沈战役取得决定性胜利。
11月1日凌晨，东北野战军对沈阳国民党军发起总攻，守军除第207师、第53军一部有所抵抗外，其余部队在军事压力和政治争取下纷纷投诚。2日，我军占领东北最大的重工业城市沈阳，歼灭国民党军东北"剿总"及1个兵团部、2个军部、7个师（旅）、3个骑兵旅及地方部队共13.4万人。
营口方向，我第9纵队率先进抵营口外围，第7、第8纵队等部进占辽阳、鞍山、海城后直逼营口。11月2日晨，第9纵队强攻并顺利夺占营口，歼灭守军1.4万余人，摧毁敌运输舰1艘、军用商船22艘，国民党军残部1万余人从海上逃离。锦西、葫芦岛地区的国民党军于9日撤走，东北野战军于10日占领锦西、葫芦岛。至此，东北全境解放。
辽沈战役作为解放战争首场战略决战，实现了运动战、围歼战、城市攻坚战、阵地阻击战等多种样式的紧密结合，且军事斗争与政治攻势密切配合，作战行动与保障行动共同释效，在特定作战域中争得了先机，在战略指导、战役指挥和战术运用方面，蕴涵着极为丰富的军事财富，即便是对于带有智能化特征的信息化作战，也有着重要的借鉴意义。辽沈战役的胜利，还造就了一支强大的战略机动力量，并在东北地区建立了可靠的战略后方，为后续决战、解放全国奠定了雄厚基础。
