为了抓住有利战机，14日，陈、粟首长定下决心：15日晚发起战役，以24个团的兵力，首先歼灭敌整编第29师于宿迁以北地区，而后乘胜扩大战果，寻歼整编第11师的全部或大部。各部队的任务是：
张震、饶子健的第9纵队主力继续坚守五花顶、叶海子、来龙庵阵地，吸住敌人，保障我军主力对敌达成合围，而后协同主力向敌整编69师出击；何以祥、丁秋生的第8师、第1纵队一部及第7师的第5旅分别围歼峰山、晓店子、嶂山镇地区之敌预备第3旅，任务完成后，由西向东攻击，协同友邻聚歼整编第69师主力；叶飞、赖传珠的第1纵队主力自晓店子、井儿头之间入敌之纵深，切断整编第69师向宿迁的退路和与整编第11师的联系；第2纵队由东向西突击，与第1纵队协同割裂整编第11师的联系，并参加歼灭被围之敌。
各部队接到命令后，当夜隐蔽开进，按计划于15日拂晓到达预定位置，形成对敌围歼的态势。
尽管苏北的冬季通常是迟到的，但12月的六塘河畔原野，也已是衰草枯黄，芦花飞白，满目萧杀气象。华东战场第一个冬季会战的序幕，就在这里拉开了。
5、 围攻敌整编69师
12月15日，整编第11师师长胡琏以宿新兵团前线指挥官的名义召开作战会议。会上，整编第69师师长戴之奇指责整编第11师进展缓慢；而胡琏则批评整编第69师轻举冒进，不够稳重。2个指挥官的矛盾，导致了而后战役发展过程中的互不配合。
15日黄昏，解放军各参战部队按预定计划进至集结位置，并立即发起攻击。第8师首先集中兵力，突击位于嶂山镇与晓店子之间的重要制高点峰山。峰山高50余米，山脚筑有能相互支援的独立集团工事，山顶构筑围寨，四周挖宽6米、深3米之外壕，壕外设置鹿砦、铁丝网等防御工事。守军为预备第3旅的1个加强营。
山东野战军第8师是一支擅长攻坚的部队。该师为了不误战机，经过连续6天急行军，在赶到战场的15日当晚，就集中第23、第24团，约5倍于敌的兵力，从西南、西北两面会攻峰山。
自西南进攻的第23团突击营第1营，连续组织3次强攻，一度突入山顶之外壕，由于沟深壕宽，在敌人密集火力下受到重大杀伤，进攻受阻。此时，天将拂晓，第1营副政治教导员考虑到峰山能否及时攻克，将直接影响整个战役的进程，立即组织全营仅存的40余名干部战士，冒着炽烈的敌火，组织第4次冲击。团指挥所也集中全部火炮和轻重机枪进行火力掩护。突击营选择较隐蔽的接敌地形，迅速排除鹿砦、铁丝网，跳进外壕，搭人梯爬上沟崖，在由西北方向进攻的第24团配合下，终于在拂晓前攻占峰山主阵地，全歼守军。
17日，国民党军集中第60旅和预3旅约2个团的兵力，在飞机、炮火掩护下向峰山进行多次反击，均被击溃。解放军控制了这一战场制高点，不仅割裂了据守宿新公路上嶂山镇、晓店子各部国民党军的联系，而且直接威胁路东各点国民党军的侧翼，为战役的顺利发展创造了有利条件。
为切断敌整编第11师与整编第69师的联系，我第1纵队于15日晚以第3旅主力自晓店子、井儿头之间入敌防御纵深，直逼整编第11师师部驻地曹家集地区，歼灭了该师的直属工兵营、骑兵营。这一行动极大震撼了该师指挥部，打乱了其进攻部署。次日拂晓，该旅因处境孤立，主动撤回晓店子以西地区。
在遭到解放军的突然打击后，国民党军徐州绥署副主任吴奇伟一面令整编第69师各部收缩兵力，固守各村落；一面令整编第11师北援策应。解放军以第1纵队第3旅在宿沭公路北侧的高家洼、蔡林一线构成对整编第11师的阻击正面；同时，以第1 纵队主力，第2、第9纵队及第7、第8师，将整编第69师师部及第41、第60旅、预备第3旅分割包围于宿迁以东以北之人和圩、苗庄、罗庄、晓店子等地。
在解放军围攻整编第69师各部期间，整编第11师先后以1个至2个团的兵力向北增援，遭到第1纵队第3旅的顽强抗击。在增援不成的情况下，紧邻整编第69师师部人和圩南侧的整编第11师第18旅，不顾友邻安危，悄然后撤，为解放军围歼整编第69师师部提供了有利条件。国民党政府国防部战后评述：“此次整11师撤退，未能适时通报，以致影响整编第69师蒙受重大损失。”（国民党国防部：《绥靖第一年重要战役提要》）
解放军在坚决阻击援敌的同时，集中兵力，逐点攻歼已被分割包围的整编第69师各部。首先歼灭了晓店子、嶂山镇的预备第3旅，使整编第69师师部及所属第41、第60旅进一步陷于孤立。这些部队均处于由进攻仓促转入防御的状态，没有坚固的工事可资依托。虽拟固守待援，但战至18日，仍得不到友邻的有力支援。整编第69师师长戴之奇不得不发出最后一个指令：“解围之希望已断绝，余受友邻之欺”，令所属部队“速设法相机突围”。（转引自《宿北战役敌情资料汇编》）但为时已晚，各旅、团或就地、或在突围时先后就歼，中将师长戴之奇自杀，少将副师长饶少伟就俘。
6、 孤立无援战强敌
宿北进攻之敌2个整编师共有6个半旅，如不能迅速分割这2个师，我军就很难以优势兵力各个歼灭。因此，我军只有大胆实行纵深穿插迂回，分割整11师与整69师的联系，才能夺取整个战役的胜利。这个敌纵深的任务由第1纵队担任。
15日黄昏，几颗信号弹窜向夜空。1纵队叶飞司令员当即命令部队迅速向敌纵深入。他们从峰山到最南边，分成三路实施穿插。第1旅迅速抢占井儿头，第2旅攻击晓店子，第3旅直插曹家集。
发起攻击后不久。第1旅很快到达了井儿头、许庄一线，第2旅攻击晓店子受阻，第3旅以第9团为前卫，已越过骆马湖洼地，进到曹家集以西地域。这时叶司令员判断，敌发现我军企图后收缩兵力，正重新调整部署，于是，决定部队先撤回原集结位置。
拂晓后，我第1、第2旅均撤到指定地域，而第3旅已进入敌纵深，由于靠徒步通信，接到命令时已经撤不回来了。第3旅的2个团（第8、第9团）在向敌纵深挺进途中，与正向宿迁运动的敌整编第11师师部碰上。据叶司令回忆，他当时一接到报告，就觉得一身冷汗，孤零零的2个团钻进敌军纵深之内，恐怕要给“包饺子”。真是气坏了！但英勇机智的第8、第9团捕获敌电话架线兵数名，查明敌情后，反认为战机难得，于是发起攻击，第8团第1营攻击王圩，其余部队占领冯庄、郭庄，阻击来自东北方向之敌。第9团参谋长俞慕耕率部向曹家集进攻，打入敌师部。
战斗十分激烈。9团6连的毛杏表带领1个突击排，绕曹家集转了一个圈，从敌人据点缝隙中，一直打到紧挨曹家集的一个小村庄。敌人的1个营驻守在村庄里，我突击排与连队拉开了距离，一时联系不上。毛杏表一边请求兄弟部队配合，一边让1个班在村西开枪猛烈扫射，只开枪不攻击。黑夜里，敌人慌作一团，大批向村西涌去。毛杏表却带领2个班，从村东乘虚而入，发起猛烈攻击，在兄弟部队配合下，半个小时结束战斗，毙伤敌数10人，俘虏敌人65人，缴获机枪3挺。
这一仗我突击排伤亡七八个人，相当1个班。当他们接到上级命令，要他们迅速抢占曹家集附近的小坟包，阻击敌人增援，掩护兄弟部队攻击曹家集时，立即变4个班为3个班，占领了小坟包。这时，他们已完全和连队失去了联系，处于孤立无援的境地。援敌通过坟包时，遭到他们的猛烈阻击。敌人发疯了，用数倍于他们的力量，攻击小坟包。我突击排的3个班，1个人趴在1个坟包上，连续打退了敌人的3次冲锋。
敌人开始用榴弹炮轰击小坟包，弹片像冰雹一样飞来砸去。突击排伤亡过半，3挺机枪全部炸坏，弹药几乎用尽，2/3的坟包被轰平，埋得较浅的棺材板被炸得满地都是。但待敌人炮轰一停，毛杏表马上又命令伤员坚守阵地，其余的人爬到敌人死尸上摸手榴弹。敌人的第4次攻击从3面攻了过来，突击排的战士们蹲在弹坑里，趴在坟包后，一个手榴弹跟着一个手榴弹砸向敌群，竟又击退了敌人的第4次攻击。
这时，9团已奉命撤出战斗。6连在桥头阵地与敌人进行了3次激烈的肉搏，全连仅剩30余人，终于杀出一条血路，撤了出去。然而，因通知突击排的通信员途中牺牲，突击排仍然没有接到撤退命令。他们在小坟包坚持了6个小时，全排只剩下11个人。这时，东方将要出现鱼肚白，天快亮了。虽然没接上级的命令，但毛杏表听着稀疏下来的枪声，沉默着判断了一会儿，果断地说：“大部队已经撤了，我们也撤！”
可是，敌人已经把小坟包团团围住，他们连续两次突围，都没能冲出去。3班长身上中了两次弹，身负重伤，他望着毛杏表：“把我留下吧，让我死在这，掩护大伙突出去。”
毛杏表没有看他，而是盯着敌人的死尸道：“我们同生同死，不能把1个伤员丢下来！”
这时，东方已经发亮，敌人围而不攻，显然是想等天亮后将他们一举全歼。在这危急时刻，毛杏表突然把仅存的11名突击队员叫到坟地中心，低声密语了几句后，大家分头爬了出去，拖回了十几具敌人的尸体，把敌人的衣服扒下来，把自己的衣服给敌人穿上，然后，把敌尸摆成卧式，一个个端枪趴在坟包上，露出尸头来，头边摆了几枚手榴弹，一幅拼死的姿态。他们11个人，则穿上了敌人的衣服，爬到了左边最密集的敌尸群里去，躺在了敌人的污血中一动也不动了。
果然，天一亮，敌人又发动了一次反扑，从他们身边扑向小坟包。当大股敌人一闪过，毛杏表就背起3班长，带着大伙朝着坟地外小树林撤去。
敌人扑了空，11位英雄都钻进了小树林……
这次战斗，9团歼敌工兵营、骑兵营大部，俘敌600余名，并将敌炮兵团击溃。距敌11师指挥所仅二三百米，打得敌人措手不及。天明后，敌人发现攻击该地的我军兵力不大，孤军深入，急调其第18旅全力反扑，想来个反包围。但我已控制后撤道路。下午3时，我第8、第9团全部撤出战斗。
7、 盘点
宿北战役自12月15日至19日历时5天，全歼国民党整编第69师，重创整编第11师，歼灭国民党军2.1万人，连同盐城、涟水防御战，苏北战场共歼敌3.3万余人。解放军亦付出亡2000、伤6000余人的代价，这是自卫战争开始以来华东战场取得的又一次伟大胜利。宿北战役的最大特点是开始了整师整旅地歼灭蒋介石的嫡系建制部队。整编第69师上自师长下至火夫2万余人，全部被歼。100多门大炮，500多挺轻重机枪，50余万发各种枪炮弹装备了人民解放军，在1.8万名俘虏中有4000多人立即表示愿意参加人民军队。
宿北战役的胜利，不仅打退宿新兵团的进攻，同时迫使其他各路国民党军放慢进攻暂时停止进攻，为解放军下一步机动作战争取了宝贵的时间。
宿北战役在战役指挥上的主要经验是：在国民党军多路进攻的情况下，集中绝对优势兵力打其一路；以远距离奔袭，保证了战役发起的突然性；在部队使用上，注意充分发挥各参战部队的特长，以擅长攻坚的第8师进攻战场制高点——坚固设防的峰山，以擅长野战的第1纵队担任穿插分割、迂回包围，都收到了较好的效果。
国民党政府国防部在检讨宿北战役的教训时，批评徐州绥署将“全兵力于苏北、鲁南作扇形展开，采取全面攻势。致各兵团在战略上形成隔离之状态，在战术上呈现突出之弱点。同时，未事先控置（制）第二线机动兵团，致各兵团遭匪各个围攻时，竟无法补救，招致重大之损失”。（国民党《国防部三十五年度工作报告书》）
几十年后，粟裕大将谈起宿北战役，将其评价为“华东战区的一个转折”。这一战役比起华野以后的胜仗，算不得大仗，为何评价如此之高？他认为：“这次作战是两支野战军会师后在战役上初次协同作战，这也是一种初战。这仗打胜了，兄弟部队之间就产生了彼此的信任，两支野战军合并后的新的领导机构和所属部队也就产生了上下之间的彼此信任。这一切，都是无价之宝。相反，如果这一仗我们被打败了，上下之间和兄弟部队之间就容易互相埋怨，就要花上一个相当长的时期和相当大的努力，才能弥补过来。‘慎重初战’的道理也适合宿北战役。”（《粟裕战争回忆录》第11章）他还指出：由于这次战役的胜利，我军开始由被动转为主动，是集中兵力打大歼灭战的一个开端，对于以后的战局发展具有关键性的作用。