華東.野戰軍利用坑道作業向黃百韜兵團步步進逼，將其層層剝皮的戰術十分成功，敵軍被我一口一口地吃掉，防區一天比一天小，供應一天比一天難。11月17日和18日兩天，四縱攻占了敵人防區內除碾莊之外最重要的據點大芽莊和太平莊；六縱攻占了前黃灘和后黃灘，殲滅了敵四十四軍軍部，四十四軍一五零師師長趙壁光率部投降；八縱和九縱則基本上掃清了碾莊外圍的據點，直逼碾莊。

到18日晚，包圍圈中的第一零零軍和四十四軍已被我全部殲滅，被圍的黃百韜兵團其兵力實際上已被我軍消滅了一大半，還有戰斗力的只剩下已經被打殘的二十五軍和六十四軍不足8個團，所守的據點僅存碾莊周圍的六七處。也就在18日這天，我軍活捉了第四十四軍中將軍長王澤浚。四十四軍原來并不是屬于黃百韜指揮的部隊，是川軍，抗日戰爭時擴編為第三十八集團軍出川抗戰，當時有兩個軍，共有24個團的兵力，由王瓚緒任集團軍總司令。

由于川軍屬于雜牌部隊，從來不被蔣介石所重視，雖然在抗擊日寇的戰斗中也打過一些好仗，但是部隊愈打愈少，兩個軍后來僅剩下了一個四十四軍。經過多次整編裁并之后，只剩下了兩個師6個團，由王瓚緒的兒子王澤浚任軍長。由于王瓚緒是川軍將領中全心全意投靠蔣介石的一個，和其他與蔣介石離心離德的川軍將領矛盾很深，所以在抗日戰爭結束后四十四軍沒能回四川。全面內戰打響之后，就被蔣介石派到蘇中第一線充當炮灰。淮海戰役之前，駐在海州，屬于李延年的第九綏靖區，而第九綏靖區也就只有這一個軍。

當第九綏靖區決定撤銷后，四十四軍就交給黃百韜指揮，隨黃百韜第七兵團一道向西撤退。由于在撤退時四十四軍是走在最后，又帶有一些隨同逃命的非軍人，速度不快，在撤退中已被我軍消滅了不少。到了碾莊地區，奉命防守南線。當時，按蔣介石的一貫作風，他給被包圍的各個軍長都投下了親筆信，給王澤浚的信是這樣寫的：澤浚軍長：此次徐州會戰，關系黨國存亡，只許成功，不許失敗。地形、工事、兵力，我都優越，勝利在握。望激勵將士，以盡全功。

王澤浚父子都在國民黨雜牌部隊中帶兵，對于蔣介石這一套當然較之蔣介石的嫡系將領更清楚，所以這封信被王澤浚撕得粉碎，并大罵蔣介石：“這時才來叫乖乖，有啥用！”在華野的強大攻擊下，四十四軍很快就被擊潰，成為包圍圈中最早被全部消滅的一個軍。 為了更有效地對黃百韜兵團進行“層層剝皮”，減少傷亡，華野9各縱隊從11月15日開始停止了對黃百韜兵團的猛攻，而改為使用坑道作業一口一口地吃掉敵人。11月17日，粟裕為了更多地消滅敵人的有生力量，命令我軍阻援兵團有意略向后撤退。這種戰術的改變使徐州的劉峙和杜聿明產生了一種錯覺。

11月17日，在杜聿明的指揮下向東攻擊、援救黃百韜的邱清泉、李彌兩兵團發現解放軍在向后退卻，有的部隊還在經張集、房村向東南方向撤退，空軍在空中所見到的情況與地面的報告也是一致的。杜聿明又聽說解放軍的糧彈缺乏，遂做出了錯誤判斷，認為解放軍“已被擊潰”，“有全面崩潰之可能”，“決以徹底撲滅匪軍于運河西岸”，命令邱清泉和李彌全線攻擊前進，“迅速擊破各該當面之匪”；又命令黃百韜“即以有力部隊向外出擊，搜索匪情，抑留匪以待攻擊兵團到達，夾擊匪軍，以竟全功”。昏庸的劉峙得到報告后，也以為解放軍已經守不住了，敗退了。

他欣喜若狂地大叫“這回可對得起國人了”！一方面向蔣介石報捷（前面已經提到過的七十四軍在潘塘未被消滅，潘塘未曾失守也是上報的“大捷”的重要內容），向各省主席報捷，一方面下令徐州城中大貼標語，大放鞭炮，慶祝“徐東大捷”。蔣介石在萬分苦惱之中（這時的蔣介石不僅為戰場上的敗局苦惱，還要為金融危機和國統區內風起云涌的反抗浪潮苦惱。遠的不說，就在這一個月中就有東北全境盡失、國統區的“幣制改革”失敗、財政部長王云五辭職、行政院長翁文灝辭職、有“文膽”之稱的蔣家王朝最重要的謀士與代筆人陳布雷服毒自殺等，令蔣介石萬分頭痛），得到如此難得的好消息，真是喜出望外，宣布無論官兵一律犒賞金圓券3元。

同時宣布，獎賞第七兵團司令黃百韜一等云麾勛章一枚，第七兵團參謀長魏翱和第二十五軍軍長陳士章等云麾勛章各一枚，第四十四軍軍長王澤浚和第六十四軍軍長劉鎮汀四等寶鼎勛章各一枚。在國民黨的各種報紙上，“徐州大捷”、“碾莊圩固若金湯”、解放軍在碾莊“伏尸遍野”之類文字一夜之間紛紛出籠。不過，劉峙這一次還真是說話算了話，他親自乘飛機飛到碾莊上空，把給黃百韜兵團的10萬元金圓券扔了下去，把給黃百韜等人的云麾勛章、寶鼎勛章扔了下去。

縱然這時的碾莊有再多的鈔票也無法買到什么東西，已經在大量宰殺戰馬充饑了。其實，華野略作后撤，這是粟裕根據毛澤東的指示，將“打黃阻援”轉為“圍黃打援”，為了誘敵而消滅邱清泉和李彌，為了麻痹敵人而有意采取的一個手段。就是利用邱清泉和李彌一心想通過大許家一線靠近碾莊的心理，有意后退一點，放邱清泉和李彌向東深入至大許家一線。

與此同時，將已被包圍的四十四軍、一零零軍和二十五軍先行殲滅，暫時留下敵兵團部和碾莊東南的六十四軍。等到邱清泉和李彌到達大許家一線之后，由早已準備在徐州東南方側翼的蘇北兵團等5個縱隊向北插入，切斷邱清泉和李彌的后路，對其實施兩面夾攻，讓華東野戰軍將黃百韜、邱清泉、李彌這三個已經被我打殘的兵團全部消滅。由于我蘇北兵團已經在11月17日與敵七十四軍在潘塘地區接戰，而邱清泉和李彌在遭受我強有力的阻擊之后，冒險前進的可能性已經不大，這個計劃才未能實現。

可是，無論是在徐州的劉峙和杜聿明，還是在前線的邱清泉和李彌，他們一直都未能發現我軍差點就把他們的三個兵團一鍋煮的這一計劃。就在徐州和南京吹吹打打“慶祝勝利”之時，11月19日上午10時，粟裕下令向黃百韜兵團發起總攻。在前線負責具體指揮的譚震林和王建安早已做好了部署，鑒于敵人的守衛范圍已經很小，所以決定首先奪取碾莊敵人的兵團指揮部，把敵人完全打亂之后再行分割消滅敵二十五軍和六十四軍殘部。

譚震林和王建安命令八縱以一部鉗制碾莊以東的六十四軍，主力則由碾莊東南向西北方向進攻，直取碾莊的敵兵團司令部；九縱則由南邊向北進攻，目標也是碾莊的敵兵團司令部；四縱則從碾莊西北邊和西邊向碾莊發起攻擊；十三縱和六縱集結于碾莊西邊和西南邊，作為預備隊。同時決定，各縱隊的炮兵統歸華野特種兵縱隊司令陳銳霆統一指揮。號令一下，我圍攻碾莊的各縱隊大炮一齊開火，對敵軍實行了連續30分鐘的猛烈轟擊。

為了在敵人高密度聚集的情況下盡可能多地殺傷敵人，為了減少我軍發起進攻時的傷亡，幾萬發炮彈傾盆大雨一般落在敵人的陣地上。鑒于碾莊一帶敵人已經修筑了相當堅固且形成體系的三道工事，我們的炮兵在經過周密的調查研究之后，也改變了過去分散配置、直接瞄準的方法，而是將火炮集中，進行縱深梯次配置：榴彈炮群專門破壞敵人的指揮系統和通信樞紐，壓制敵人集結的有生力量；三八式野炮群專門破壞敵方的高物體目標和壓制射擊；山炮群直接摧毀敵人的各種明堡和暗堡；迫擊炮擺在最前沿，專門壓制敵人的散兵和后續梯隊，消滅死角。在先進行破壞性射擊之后，再進行逐次延伸，支援縱深部隊戰斗。

黃百韜的炮火被壓住了，他只能請求徐州的空軍立即出動。可是在碾莊地區方圓十公里之內，全部被地面炮火所形成的濃煙所籠罩，空中不可能看清楚地面的目標，只得憑過去飛行時的經驗估計著向下投彈。由于這時敵我雙方的距離已經很近，所以國民黨空軍的轟炸既對我軍造成傷亡，也對國民黨軍隊造成傷亡。

如果說這次規模不小的轟炸真正對我方造成了一些損失的話，應當是使我方的大量支前民工受到了一些傷亡。在我軍的猛烈攻擊之下，黃百韜實在招架不住了，只得向徐州求援，電報中甚至說出了若無緊急援救，就只好“來生再見”之類的話來。劉峙和杜聿明得到黃百韜如此的求援電報之后，不得不采取最緊急的措施。鑒于從西向東援救黃百韜兵團的邱清泉和李彌兵團已經打了8個晝夜，第一線部隊已經傷亡過半，根本沒有什么突擊力量了，只有把由徐州“剿總”直屬的原來作為總預備隊還能投入戰斗的七十二軍和有一定突擊力量的戰車團拉上去做一次試驗。

看能不能對援救黃百韜起一點作用。七十二軍軍長余錦源認為向前突破十幾公里不會有多大困難，竟然夸下海口，表示“大許家離碾莊只有15公里，大炮炮火已能相接了，我可以一連打下幾個村莊，打過大許家，單刀直入，解黃百韜之圍”。戰車團團長趙志華也認為他的裝甲車對付解放軍沒有問題，竟說出了“如果步兵跟不上，我的戰車團也能單獨打到碾莊圩去”的狂言。

劉峙和杜聿明雖然知道這些豪言壯語只能先聽了再說，但是抱著試一試的態度，還是以很誠懇的態度將這兩個部下送上了戰場。可是，這兩個只能說大話的將軍用盡全力打了一天之后就敗下陣來，因為他們在空軍的配合下，實行戰車與步兵協同作戰的結果，是連大許家也過不去，更不說接近碾莊了。在大炮的轟擊之后，華野指戰員向頑抗在碾莊、小芽莊、尤家湖、吳莊、沙灘、王家莊、小院上、大院上等8個村莊中的敵人發起了沖鋒。

八縱、九縱的目標是黃百韜的司令部所在地碾莊。戰士們面前的障礙有地堡和鹿寨，有三道土墻，還有一排排用載重汽車組成的鋼鐵防線。最麻煩的是那圍繞村莊的五六米寬的水濠。爆破組先上，浮橋組跟進，很多戰士都是脫下棉衣棉褲蹚水過濠，過濠后就在寒風中向前沖，穿著濕漉漉的單衣和敵人拼刺刀，一步一步地前進，一間房一間房地爭奪，我八縱和九縱終于拿下了碾莊。在我軍進入碾莊之前，黃百韜在他多年的直屬部隊二十五軍副軍長兼碾莊警備司令楊廷宴等人的保護下逃到了大院上。

在大院上，當黃百韜得知他的老部隊二十五軍軍長陳士章竟然準備化裝成老百姓逃跑，六十四軍軍長劉鎮湘準備穿上將官大禮服、掛上勛章自殺“成仁”時，決定拼死一搏，拿出他的最后一張牌，讓軍隊中最反動兇殘的特務武裝青年突擊隊組成敢死隊向我軍反撲。可是，在我軍英勇無比的戰士面前，青年突擊隊的反撲也被打垮了。當碾莊被我軍攻占之時，其他村莊也紛紛落入我軍之手。

最后，只剩下大院上和尤家湖兩個村莊還在敵人手中。大院上是六十四軍軍部所在地，六十四軍在負隅頑抗時曾經向我軍使用催淚性毒氣彈，等到我軍指戰員中毒倒地后再將我軍指戰員殺害。這種毒辣的犯罪手段在整個解放戰爭中都是少見的。在黃百韜兵團即將覆滅的前夕，我軍曾經向黃百韜發出最后通牒，要他放下武器，向人民投降。黃百韜拒絕了。21日黃昏，我軍向大院上和尤家湖發起最后攻擊。激戰到次日凌晨，大院上、尤家湖的殘敵全部被我消滅。

在黃百韜兵團即將覆滅的前夕，杜聿明在21日也曾給邱清泉和李彌下過死命令，要邱、李兩兵團必須不惜一切代價，全線出擊，越過大許家，救出黃百韜。可是，邱清泉和李彌這兩個久經沙場的人心中都很清楚，幾天的較量表明，他們不是華東野戰軍的對手，他們要想突破阻擊線已經是不可能了。他們或許可能再往前推進一點，但如果繼續亡命東進，距徐州太遠，他們的后路就很可能被華野的蘇北兵團抄后路，截斷其退回徐州的后路，這就意味著他們也會被包圍，成為黃百韜第二。

所以，他們只是應付式地發動了幾次實際上沒有任何作用的進攻，只是讓黃百韜多聽了一些從西邊傳來的激烈槍炮聲而已。當我軍發起攻擊之后，第六十四軍軍長劉鎮湘勸當時左腿已經被我軍的炮彈炸傷的黃百韜設法突圍。據劉鎮湘回憶，黃百韜對劉鎮湘說了這樣的一段話：“我老了，而且多病，做俘虜我走不動，而且難為情。我犧牲以后，使別人還知道有忠心耿耿的國民黨人，或可使那些醉生夢死的人醒悟過來，國民黨或許還有希望。你年紀還輕，尚有可為，希望你能突圍出去，再為黨國做點事。”但是，求生的欲望仍然刺激著他。

他帶著劉鎮湘、楊廷宴等人向北逃去，到了六十四軍一五六師的陣地上。一五六師師長張越秀告訴他“昨晚共軍曾派人來勸降”。應當說，這是黃百韜得以求生的最后一次?

機會。可是，他卻聽信了他的參謀長魏翱的建議，還想繼續與我軍耍花招。魏翱說：“司令官，我們可以借這個機會，與共軍聯系，拖延一段時間，等待援軍到來。”

黃百韜沉思片刻之后說：“決定今晚同他們接頭。”但是，當黃百韜等人還打算拖下去時，我軍向殘存的敵軍發起了最后的攻擊。敵軍的據點一個個被攻克，六十四軍大部隊被殲，軍長劉鎮湘、一五六師師長張越秀等人被俘，那個最后時刻還想耍花招的魏翱本人也同樣當了俘虜。一五九師師長鐘世謙等率殘部2000余人向我投降。在混戰之中，黃百韜親自指揮一五六師一部分人從吳莊向西北突圍，妄圖逃出包圍圈到三塔地區與李彌兵團會合。

但是，未走出多遠就被我軍的炮火所擊潰。在一片夜色之中，黃百韜帶領楊廷宴等人向尤家湖方向逃去。行至一蘆葦地時，在周圍的一片槍炮聲中，剛過了50歲生日的黃百韜舉槍自殺。作為蔣介石軍隊中的死硬派，黃百韜曾想用他的死來“使那些醉生夢死的人醒悟過來”。可是，他想錯了，蔣家王朝已經是病入膏肓，腐敗透頂，無可救藥，他的自殺絕對不可能讓那些醉生夢死的國民黨要員有所醒悟，醉生夢死者仍然醉生夢死如故，只不過后來者是或被打死，或當了俘虜。