十二月二十六日，第二纵队从邯郸地区出发，向东开进，准备攻占聊城和博平。渡过卫河后，部队进行了战前动员。二十九日进至堂邑地区后，又召集各参战部队指挥员进行详细的作战部署。
参加这次“聊博战役”的部队有：第二纵队三个旅；冀南第一军分区第二十四、第三十五、第三十六团和民兵独立团以及清平、莘县两个县大队；第二军分区特务团、军分区训练大队和恩县独立团；第四军分区独立团；冀鲁豫第一军分区的第三、第六团和聊城、茌平等县大队。总计，两万五千多人。
具体部署是：以第五旅全部和冀鲁豫一分区的一个团，攻击聊城之敌；第六旅全部和冀南一分区的三十五团，攻击博平城和城南、城西据点之敌；第四旅全部向博平城北的毛庄、花园、双庙、罗庄等据点展开攻击，并切断敌人的南北联系；冀鲁豫一分区部队由茌平西北地区向博平东北的金庄、成庄、赵庄等据点展开攻击；冀南第一、第四军分区部队由博平西北的康圣庄地区，向贾砦、梁道口、菜屯等据点展开攻击；冀南二分区部队由高唐西南地区，向李明环庄、于庄等据点展开攻击，并准备阻击由博平境内向东北方向逃窜之敌。
战役定于一九四六年一月二日晚二十四时打响。
聊城是鲁西北政治、经济、文化中心，自古以来就是军事重镇。城墙呈正方型，高十一米多，顶宽近七米，周长三千五百米。城墙上又建垛口二千七百个，炮楼二十七座。
盘据在聊城及其四关周围的敌人，系伪山东特别第一旅赵振华部，共一千八百多人；盘据在博平城及其各据点的敌人，系伪山东保安第四十二旅罗兆荣部，约七千多人，占据着大小据点四十三处，统治着博平县境大部分地区；盘据在高唐以南、以徐官屯为中心之敌，系伪山东保安第八旅庞长申部，一千多人；该地区以东系伪保安第二师云茂才、李连祥部占据着。上述敌人共计一万多人。这些敌人在日本占领时期，都是日军的爪牙，多是惯匪、流氓、恶棍，血债累累。日本投降后，他们拒绝向八路军投降，被国民党一一加委，继续奴役占领区的人民，并经常在冀南根据地东部和冀鲁豫一分区进行骚扰破坏。
二月二日夜晚，北风凛冽，寒气袭人，又下着鹅毛大雪。第五旅一千多名官兵翻穿着棉袄，冒着严寒，沿着结冰的环城湖向城墙靠近。由于人多，冰层裂开，战士们掉进了水里；只好一步一步地从齐膝盖深的布满冰块和积雪的湖水中，向城墙走去。敌人发觉后开始射击，于是“聊博战役”正式打响。顿时，炮声、枪声和手榴弹的爆炸声响城一团。
十三团从西面，十四团从北面同时攻城。十五团则负责攻打东关。大家突破护城河、暗堡等层层障碍，竖起梯子向城墙上攀登。这时，敌人在城墙上用手榴弹、机枪向登城部队反击。登上城墙的战士又被敌人打下来，梯子都被炸断，不能继续登城，于拂晓前撤出阵地。这一夜，八路军仅占领东关和北关，歼敌数百人。
天亮后，参战官兵认真总结了攻城失败的教训。在经过充分准备之后，于四日夜晚第二次攻城。正当战士们冲到城墙底下，架起云梯，全力攀登城墙时，敌人突然从城墙上向下投掷大量燃烧着的滚木，好多战士被砸伤或烫伤，登城的梯子大部分被砸断，攻城再次受挫。
陈再道和宋任穷得到消息后，马上召集大家进行研究。大家经过认真讨论，一致决定暂时停止攻击，以免遭受不必要的伤亡。陈再道告诫大家：“不要急燥，也不要泄气，先休整两天。”接着，两位首长又调集部队和广大民兵、群众，暗中进行土工作业，为继续攻城做准备。
把这里安排妥当后，陈再道和宋任穷于一月五日上午赶到博平附近，视察负责夺取博平城的六旅阵地。此时，六旅部队已经扫清了博平城附近的敌人据点，并将博平城包围。
陈再道亲自到博平西关检查了部队的攻城准备情况，观察了城里敌人的防守情况。他发现，博平城墙没有聊城城墙高，但外壕深，鹿砦等障碍物也比聊城多。鉴于聊城登城失败的教训，他让大家把梯子作得长一些，坚固些，梯子竖上去要高于城墙，这样，敌人的滚木不能顺着梯子往下滚了。陈再道最后说：“你们也要进行土工作业。从西关往西城门挖地道，准备用炸药炸。”
周发田说：“用八八式野炮炸敌人的城墙，多省事！”
陈再道说：“我们的炮弹不多，留着攻聊城用呢。你们不要指望这个，把坑道挖到城门口，放进炸药就解决问题了。”
“好吧。”周发田点点头。
于是，大家决定六日晚上开始攻城。
六日早晨，陈再道正在和宋任穷、范朝利等人，仔细核查攻打博平城的准备情况。这时，只见作战科长高希曾和侦察科长程诚，一前一后走进司令部作战室。程诚一进门便说：“博平城内的伪军头目罗兆荣，昨天夜里率领他的部队溜出博平城，向徐官屯方向逃跑了。”
“是吗？”陈再道和宋任穷都喜形于色。
高希曾点点头说：“现在博平城里只剩下一小部分敌人在防守。如果我们现在今天晚上攻城，敌人只有投降的份了。”
陈再道马上说：“不用等今天晚上了。传我的命令，部队现在立即进城。如有敌人顽抗，坚决予以消灭。”
于是，各部队迅速组织兵力，开始向博平县城发起攻击。当战士们攻打北关时，有一股敌人利用北关的碉堡，负隅顽抗。战士们立即组织火力，向北关碉堡猛烈轰击。碉堡顷刻间变成碎砖烂瓦。里面的敌人也死的死，伤的伤，剩下的全都缴械投降。
进入博平城后，陈再道顾不得安排住所，便向军区参谋长范朝利问：“孔庆德的第四旅在罗庄一带的战况怎么样？”
范朝利说：“参谋处长张西三刚送来四旅的战报。由于第十二团团长王俊组织前卫连察看地形时，与敌人的巡逻队发生遭遇战。枪声一响，花园、罗庄的敌人慌忙占领阵地顽抗。孔庆德只好下令强攻。第十二团攻击花园和罗庄两个据点，都未能攻克。孔庆德又集中十二团所有兵力，并调来第十一团，共同进攻罗庄。经过几次冲杀，仍然没有奏效。第十团主力奔袭毛庄，虽然已经爬上城墙，但终因无法压制敌人火力，被迫撤出战斗。只有第十团的一个连攻击双庙据点成功，但大部分敌人已经向南逃跑。”
陈再道笑着说：“派第四旅去打那几个据点，主要是为了切断敌人的南北联系，以防敌人互相支援。现在博平城被我们占领，已经不存在敌人南北联系的问题。所以那些据点攻克不攻克，已经无关紧要。传我的命令，第四旅立即停止攻击，火速赶到徐官屯地区，截击向那里逃跑的罗兆荣部。”
……
一月六日凌晨二时许，孔庆德留下一部兵力监视花园、罗庄之敌，他亲率第四旅主力追击罗兆荣部。上午八时，到达高唐、徐官屯以南的南镇一带，随即将南镇等据点包围。下午，孔庆德指挥第十一团攻击南镇，激战两个小时，将其攻克。随后又集中全旅主力准备攻击徐官屯据点。这时，孔庆德从一个俘虏口中得知，罗兆荣没有逃到徐官屯，而是逃到了魏砦以东地区。
在这种情况下，孔庆德仍然决定歼灭徐官屯地区之敌。他们于一月六日，将徐官屯和南镇包围。当天下午，第十一团便攻克的南镇据点；然后便集中第四旅主力，准备围歼徐官屯据点。这时，占领博平县城的第六旅，也从博平进到南镇以东地区，他们与第四旅一道，将徐官屯团团包围。至此，博平县境内七十多个据点，绝大部分被八路军攻克。
一月七日上午，陈再道把孔庆德和王天祥召集到司令部，告诉他们：“刘邓首长发来一封电报，说国共和谈取得进展，可能在十天以内实现和平。要求我们在十天内攻克聊城。否则，一旦停战令生效，将不能再打。”
孔庆德惊讶地问：“我们怎么办呢？”
宋任穷说：“第四旅留在这里，继续围困和监视徐官屯的敌人；第六旅跟随我们火速赶到聊城，参加聊城攻坚战，争取在十天内拿下聊城。”
孔庆德和王天祥都说：“好！坚决执行命令。”
……
王天祥率领第六旅，跟随陈再道和宋任穷，于一月九日傍晚赶到聊城。
一月十日，两个旅便联合组织了一次攻城作战。由于准备得不充分，未能攻克。
当天下午，陈再道来到第五旅旅部，和三个团的干部，共同研究攻城方案。大家提出了很多好的建议，例如炮兵要首先把城墙上的工事摧垮；爆破和登城突击队要配合好等。
这时，十三团团长查茂德走到陈再道面前，激动地说：“陈司令，我们十三团要求继续担任主攻。”
十三团在前几天攻打聊城时久攻不下，受到很大伤亡。陈再道想起这些，便说：“你们上次攻城伤亡太大了。这一次就不要担任主攻了。”
十三团团长和政委都不干。政委靳毅说：“我们伤亡了二三百人，但没伤元气。从哪儿跌倒的，我们还要从哪儿爬起来。我们不能丢这个人。”
陈再道知道，攻不下聊城，他们是不甘心的。于是，便答应了他们的要求。
大家最后决定，一月十四日晚上对聊城发起总攻。
……
一月十二日，“二纵”司令部接到刘邓首长发来的一封电报。陈再道打开电报，认真观看。只见上面写着：
陈再道、宋任穷、范朝利等：
国共双方签署的停战令已经公布，定于一月十三日二十四时生效。你们务必于一月十三日二十四时以前全部停止战斗。不得因小失大，给国方以借口，致使我在全国人民面前丧失政治信义。至于日伪军据点到时间仍不能攻克者，必须撤出战斗，但可撤至适当距离内继续围困监视，进行受降谈判。如不依从者，应向中央及北平停战执行部报告，以便交涉受降。但日伪军利用空隙向我解放区进攻者，我应坚决自卫，彻底全部歼灭之。以上命令，各部队应坚决遵照执行。
刘邓
陈再道看完电报，说：“我们原计划一月十四日发起总攻。现在看来，只能提前行动了。将总攻日期改为十三日，怎么样？”。
宋任穷说：“好。具体部署不变。还是六旅十六团由南门攻击，十八团由西门攻击，五旅十三团由东南角攻击：十四团、十五团、十七团和独立团助攻。”
十三日晚八时，总攻开始。
陈再道命令纵队炮兵营以野炮、山炮集中轰击敌人城墙上的工事，摧毁敌人的暗堡、滚木等设施。继之，以轻重机枪封锁垛口上的枪眼。炮兵很快将城墙轰开了一个缺口。突击队登城时，又遭到敌人反击，经反复拚搏，将敌人击溃。十三团指战员冒着敌人手榴弹的爆炸，奋不顾身登上城墙，和敌人拚起刺刀。敌人向我突破口不断增兵反扑。激烈的战斗一直持续了四个小时，还是没有攻上去。陈再道见此情景，决定将其他几个团调来，集中力量再次从突破口登城。就在这时，宋任穷政委提醒说：“停战的时间到啦！”
陈再道一看表，果然到了深夜十二点。这就是说，停战令已经生效，不能再打下去了。自参军以来，他还没碰到过这样的战斗，眼看胜利在望，却要停下来不打了，你说气人不气人。可刘师长再三强调，坚决执行停战令，不能因小失大。于是，陈再道只好十分痛心地下达命令，让部队撤出战斗。
至此，“聊博战役”遂告结束。
聊城未能攻克，原因是多方面的。从我们主观上来检查，主要是有骄傲轻敌思想，前一段经过反攻作战和上党、平汉战役的节节胜利，认为战胜敌人是很容易的事。二是战前各项准备工作不充分，如对敌情就没有认真侦察研究，不了解敌人战术特点；攻城器材，如登城的梯子，准备得太少了。三是对长期固守坚固工事的敌人，采取奔袭的战术，成功者不多。我多次强攻不成，未能及时进行土工作业，而继续强攻，增加了部队伤亡。
随后，陈再道命令第四旅和冀南、冀鲁豫各有关分区的部队，留下来维护停战令，继续围困和监视聊城地区的敌人。然后，他和宋任穷一道率领其他部队返回邯郸地区。