为配合华野作战，中野主力于11日夜间向津浦线上的战略要地宿县地区开进，发起徐蚌作战。15日晚对宿县发起总攻，16日凌晨占领宿县，全歼守敌1.2万人。至此，中野和华野一部密切配合，控制了徐州和蚌埠之间的100公里铁路，切断了徐蚌线，完成了对徐州的战略包围，保障了围歼黄伯韬兵团的作战。

黄伯韬兵团被紧紧包围之后，敌人方才看清了我军的真正意图。蒋介石急令邱清泉、李弥兵团由徐州东援，限于20日与黄伯韬会师；令蚌埠的第六兵团（兵团司令李延年）和第八兵团（兵团司令刘汝明）合力向北增援；严令黄维兵团急速东进参战。

12日开始，徐州东援之敌邱、李兵团，以12个师的强大兵力，在大量飞机和坦克的掩护下，沿陇海铁路及两侧向我军阵地发起疯狂地攻击。担任正面阻援的华野三个纵队，以血肉之躯抵挡敌人的强大火力。至22日，邱、李兵团连续猛攻10天，伤亡万余人，损失坦克34辆，前进总共不到20公里，眼见黄伯韬兵团在不远处被歼而无可奈何！

由蚌埠方向北进的刘、李兵团，被我中野一部阻于固镇以北任桥地区，4天只前进了15公里。我中野主力在攻占宿县后，即以第一纵队开赴蒙城，与阻滞黄维兵团的第二、第六纵队会合，坚决阻击黄维兵团东进。直到黄伯韬兵团被全歼时，黄维兵团仍被我军阻于浍河上游的赵集地区无法前进。

从12日起，在兄弟部队奋勇阻击敌各路援军的同时，华野围歼黄伯韬兵团的五个纵队，从四面向敌人展开猛攻。敌人凭借武器装备上的优势，在空军的掩护下拼命顽抗。

16日晚，寒风阵阵，天地间一片漆黑，我军以黑暗为掩护，集中优势兵力和火力，向敌人阵地发起猛烈攻击。一时间，万炮齐鸣，烈焰冲天，我军将士前赴后继，向敌人阵地勇敢冲击。进入村落后又与敌人展开逐屋争夺，战斗进行得相当激烈。

到18日，敌人终于抵挡不住我军的进攻，敌一OO、四十四军被我军全歼，一OO军副军长杨诗云、四十四军军长王泽浚被生擒，敌二十五、六十四军也遭到重创。19日晚，我军乘胜对碾庄圩敌兵团总部发起总攻，冲锋号角响彻了淮海平原。经过一夜激战，我军于次日晨攻占了碾庄，全歼敌兵团部和二十五军大部，黄伯韬慌忙逃至六十四军军部，继续组织顽抗。21日晚，我军向敌阵地发起最后攻击，22日全歼敌军，六十四军军长刘镇湘被生俘。兵团司令黄伯韬看着司令部周围一片狼藉，国民党士兵的尸体横七竖八地陈于野外，顿时感到一片悲凉，他心灰意冷，缓缓地举起手枪，对准自己的太阳穴扣动了扳机……

在以歼灭以黄伯韬兵团为主的淮海战役第一阶段的作战中，我军共歼灭敌军1个兵团部、8个军部，18个整师，重创敌各路援军，共歼敌17.8万余人，攻占了宿县城，切断了津浦铁路，孤立了徐州，为下一步更大规模的歼敌创造了条件。