国民党当局根本没有想到人民解放军这时就会远道奔袭锦州，对解放军的实力也估计不足，所以，既没有下决心及时增援，更没有从锦州撤退的打算，甚至连防御也没有完整而周密的部署。九月十二日，战役首先在北宁铁路的锦、榆之间打响。东北野战军在司令员林彪、政治委员罗荣桓指挥下，迅速占领锦州周围各要点，完成对锦州的包围。国民党当局才如大梦初醒，发觉解放军的目标是要攻占锦州。九月三十日，蒋介石赶到北平，和傅作义商定从关内抽调八个师，海运到葫芦岛港口，连同原在锦西、葫芦岛的四个师共十二个师，组成东进兵团，由十七兵团司令官侯镜如指挥，驰援锦州。“锦西、锦州敌人前沿间隔不到三十公里，这段距离之间既无险要地区，大部队也无进退余地。” 同时，又决定从沈阳调出主力新一军、新六军等十二个师，组成西进兵团，由东北“剿总”副总司令兼第九兵团司令官廖耀湘率领，增援锦州。它的企图已不仅是救援锦州，而且力图东西夹击，和驻守锦州一带的东北“剿总”副总司令范汉杰所部七个多师会合，在锦州地区同解放军进行一次战略性的决战。随蒋介石前往的徐永昌在十月六日日记中写道：蒋召集东进兵团师长以上会议，“说明此次希望军事胜利意义之重大，谓不仅解锦围，并须会沈阳之师聚歼顽匪。中有‘要知我不惜撤守烟台，调来新八军，并天津一带之九十二军、六十二军及九十五师等六个师，悉集此一地带，即为成功此一攻势’。语多兴奋与勗勉。”

    当时局势确是紧张万分：解放军既要阻击分别从东西两路前来增援的国民党军重兵，又要迅速攻克锦州。其中，能否迅速攻下锦州尤为关键所在。十月十日，毛泽东再次致电林、罗、刘说：“你们的中心注意力必须放在锦州作战方面，求得尽可能迅速地攻克该城。即使一切其他目的都未达到，只要攻克了锦州，你们就有了主动权，就是一个伟大的胜利。”

    国民党军的东进兵团发动进攻比较快。在十月十日开始猛烈攻击解放军的塔山阵地，那是锦西通往锦州的必经之地。东北野战军参谋处长苏静回忆道：“敌人那种进攻的劲头，确有乌云压城之势，空中敌机来回穿梭于锦州、塔山间，进行轮番轰炸扫射。海上敌舰用大口径的舰炮协同陆地炮兵，倾下数以吨计的钢铁。经过五昼夜的激战，我守卫塔山的英雄部队坚守阵地，反复冲杀，部分阵地失而复得，与敌组织的所谓敢死队展开了肉搏战，使敌人死伤惨重，而不能越雷池一步。”

    廖耀湘率领的西进兵团，十月八日从新民地区分路西进。他没有直指锦州，而是折向西北在十一日占领彰武，想切断南下解放军的后方交通补给线。但作战时机却因而丧失。

    十月十四日，东北野战军主力经过周密准备后，对锦州发起总攻。大炮九百多门一齐射向锦州预定目标。在打开突破口后，进入激烈巷战。经过三十一小时激战，锦州攻城战胜利结束。共歼国民党军十万人，俘虏范汉傑和第六兵团司令官卢浚泉等将级军官三十五人。更重要的是，关闭了东北国民党军进出的大门，为辽沈战役的完全胜利迈出了关键性一步。范汉杰被俘后说：“这一着非雄才大略之人是作不出来的。锦州好比一条扁担，一头挑东北，一头挑华北，现在是中间折断了。” 东北野战军政治委员罗荣桓也说：“塔山这个仗啊，锦州这个仗啊，的确带有一定的冒险性。因为打到敌人的真正要害处，敌人必然要在垂死中挣扎，尽可能集中他所能出动的兵力与我决战，以图破坏我们这个勇敢的作战计划。我们在历史上还没有打过这样大的仗。任务是光荣而又艰巨的，胜利是来之不易的啊！”