辽沈战役是人民解放军进行的第一次大规模的战略决战，林彪等指挥东北野战军向数十万敌军发动猛攻，先占锦州，再战长、沈，全歼国民党东北守军47万余人，为全国解放奠定了基础。
9月12日，辽沈战役开始，至29日，东北解放军已先后攻克昌黎、绥中、兴城，切断了辽西走廊，对锦州、义县之敌分割包围。中央军委和东北野战军前线指挥所经过反复研究，制定了先打锦州的方针，为了便于指挥作战，林彪即率前线指挥所南移。
1948年，林彪(左一)、高岗(左二)等在中共中央东北局会议上。为挽救在东北全军覆没的命运，蒋介石亲自到沈阳与卫立煌磋商，并确定了以下计划：范汉杰固守锦州，华北“剿总”第六十二军等部共5个师会同烟台第三十九军两个师加上已到达葫芦岛的4个师组成东进兵团，由第十七兵团司令侯镜如指挥增援锦州。沈阳地区的新一军、新三军等部11个师另3个骑兵旅组成西进兵团，由第九兵团廖耀湘率领，经彰武、阜新趋义县，协同东进兵团对攻锦州之解放军实施夹击，以解锦州之围。
由于西进兵团离得很远，当时林彪主要要抓的是两件事，一是攻下锦州，二是在塔山一线顶住东进兵团，保证攻锦胜利。10月4日，前指到达阜新后，换乘汽车南下。随后，林彪即将二纵和三纵在总攻前用百分之九十五的兵力搞近迫作业，挖交通沟，一直挖到敌人前沿，以减少总攻时伤亡的经验通报全军。10月5日，前指到达锦州西北、距锦州30余里的牤牛屯。林、罗、刘到锦州城北的帽儿山看了地形。
回到牤牛屯，野司召开了军事会议，拟定了总攻锦州和打击敌葫芦岛援军的具体作战方案。决定用第二、第三、第七、第八、第九纵队和第六纵队“攻坚老虎”第十七师攻城，以城北为主要突击重点。用四纵，十一纵及热河两个独立师位于打渔山、塔山和虹螺岘一线，阻击葫芦岛和锦西方向的援敌；一纵(缺第三师)位于锦州和塔山之间的高桥，作为战役总预备队，即可北攻锦州，也可南援塔山。
由于第四纵队死守塔山的任务很重，林、罗、刘10月5日致电四纵，要求“利用东自海边西至虹螺山下一线约二十余里的地区，作英勇顽强的攻势防御，利用工事大量杀伤敌人，使敌人在我阵地前横尸遍野……而使我军创造震动全国的光荣的防御战”。林、罗又派苏静到四纵去了解情况，还存在什么问题。10月10日，苏静抵达四纵，听取了吴克华司令员和莫文骅政委的情况介绍后，发电报告林、罗、刘：四纵对守塔山决心很大，部队急需大量手榴弹。林、罗、刘立即命令从直属部队调一部分手榴弹给四纵救急，同时告后方迅速补给。
阻击国民党“东进兵团”的塔山阻击战，连续进行了7天7夜。蒋介石对进攻塔山、打开援锦的通路十分重视，曾于10月6日亲临葫芦岛进行部署。国民党军队在督战队的驱赶下，成连成营轮番向解放军8公里宽的阵地冲击。从飞机上扔下的炸弹，从军舰上和滩头阵地发射的炮弹，几十分钟内就倾泻了几千发，土炸松了好几尺，地表工事全被摧毁。一批敌人被打倒，另一批又冲了上来。在许多阵地上，指战员们同敌人进行了激烈的白刃格斗。前沿阵地得而复失，失而复得……敌人遗尸6000余具，始终未能前进一步。
从10月9日起，攻锦各部队便开始了扫清锦州外围敌人据点的战斗。10月14日，在塔山阻击战进行到第4天的时候，总攻锦州开始。上午10时，炮火准备，几百门大炮同时怒吼，这是解放军首次在同一时间同一地点使用如此密集而大量的炮火。攻城部队利用交通壕的掩护，迅速向前运动。11时，各突击队发起冲击，撕开突破口，分割包围，至15日18时，战斗结束，全歼守军12万人，生俘东北“剿总”副司令范汉杰、第六兵团司令官卢浚泉以下9万余人。
17日，曾泽生率第六十军起义。19日晨，新七军军长李鸿同解放军达成投降协议。21日凌晨，东北“剿总”副总司令郑洞国自动放下武器。长春宣告解放，歼敌10万。就在长春即将解放之际，毛泽东认为，东北野战军下一仗以向南打锦西、葫芦岛之敌为有利。因为锦西、葫芦岛之敌是蒋介石的嫡系，蒋介石很可能要沈阳方面来救，就可以在运动中消灭之。下一仗如打廖耀湘集团，由于它随时可退回沈阳，急切难以下手，只有等以后再包围歼灭。
林彪依据军委指示，正准备部署攻锦西、葫芦岛，廖耀湘的西进兵团出动了。本来当解放军进攻锦州时，廖兵团占领彰武，切断解放军的运输线后便停止不前，后因蒋介石催促，声称“如再延误，将以军法从事”，才又进至新立屯。此时，锦州已经解放，卫立煌主张将廖兵团撤回沈阳，而蒋介石却要廖兵团南下。他认为，解放军攻打锦州后伤亡必大，没有一个月休整就不能再战，这正是“收复锦州”的良机。卫立煌拗不过蒋介石，廖兵团终于南下了。
林彪一看，这是一条送上门来的“大鱼”。于是，他和罗荣桓、刘亚楼于18日、19日接连致电中央军委，认为锦西、葫芦岛地域狭小，大兵团作战展不开，建议采取诱敌深入的方针，将廖耀湘兵团消灭在沈阳、锦州之间。毛泽东完全同意，要求林、罗、刘，“即本此方针，即刻动手部署，鼓励全军达成任务。”
于是，林、罗、刘立即制定了严密的作战部署，并发布了《全歼东北敌人的政治动员令》，要求树立连续打大仗，“一口气吃掉敌人七八个师至十数个师，一次俘虏敌人八万至十数万的雄心”，“以勇猛果敢、前仆后继的精神，不怕困难，不怕疲劳的精神，争取大胜，争取全歼东北蒋匪军，解放沈阳，解放东北全境。”10月23日，廖兵团进攻黑山、大虎山，十纵和一纵一个师奉命坚守黑山、大虎山这两扇大门，连续抗击廖兵团每天四五个师的轮番进攻，黑山阻击战为主力部队由锦州前线迅速东调赢得了宝贵的时间。
10月25日晚，廖耀湘看到黑山、大虎山这两扇门攻不开，改向东南营口方向转进，但正好被奉命前来的东北野战军第八纵队和独立二师迎头赶上。廖耀湘于26日又决定向东撤回沈阳，又被解放军第五、第六纵队候个正着。至此，廖兵团10万余人包括国民党的王牌主力新一军、新六军已被解放军团团围住。接着便是穿插分割，各个歼灭。廖耀湘兵团的指挥部被打掉，整个部队乱成一团。林彪立即下令，以乱对乱，哪里有枪声就往哪里打。廖耀湘指挥部被打掉后，急得用明语呼喊：“部队到二道岗子集中。”林彪、罗荣桓、刘亚楼等立即手持蜡烛，在地图上找这个“二道岗子”，一下子找到三个，并迅速判断是在新立屯附近的那一个，于是便命令部队到那里去抓廖耀湘。
围歼廖兵团战斗打得正酣，林彪已在部署下一步。10月26日他命令辽北各独立师向沈阳前进。28日，他命令辽宁军区速占辽河渡口，架桥准备大军过河进军沈阳。
28日5时，廖兵团5个军10余万人被全歼，廖耀湘被俘虏。两昼夜，消灭5个军，在解放军历史上创造了新纪录。11月2日，沈阳守军13万余人被歼，沈阳解放。与此同时，收复营口，歼敌1.4万人。
辽沈战役结束后，东北野战军即成为人民解放军的一支强大的战略预备队，进关歼灭傅作义集团，解放平津地区即提上了议事日程。
辽沈战役后，林彪、罗荣桓率领百万大军挥师入关，发动平津战役，并在战役中一打一拉，迫使傅作义投诚，解放平津，继而挥师南下，解放全中南。