单独向最高统帅作报告请示，决定放弃徐州，由杜聿明率领邱清泉、李弥、孙元良三个兵团，从徐州西侧，经永城到涡阳、阜阳地区，以淮河作依託，再向敌军攻击，以解黄维兵团之围。

        同时电令黄维坚守待援，不可轻动。此一方案确定后，杜聿明即刻飞回徐州，署行动。

        徐州剿匪总司令总司令官刘峙离开徐州，调到蚌埠指挥第六兵团、第八兵团再次北援，由杜聿明于11月30日放弃徐州向西南沿永城、涡阳撤退。杜聿明率徐州主力30万人南撤。

        华东野战军发现国军撤走，即以7个纵队30万人拦截追击。

        由于南线「李延年、刘汝明兵团在固县受阻」，缩回蚌埠，华东野战军又从南线另抽调3个纵队加入北线围攻杜聿明集团。杜聿明途中接到蒋命令向东南出击，转攻东南解救黄维第十二兵团。

        12月4日，华东野战军将由徐州西逃之杜聿明集团3个兵团（邱清泉第二兵团、李弥第十三兵团、孙元良第十六兵团）包围于永城东北青龙集、陈官庄地区。

        第十六兵团协调错误，自行突围。华东野战军将突围之第十六兵团歼灭。

        12月6日，孙元良兵团主力被歼。12月8日，华东野战军陈毅、栗裕、谭震林以政治函招降杜聿明、邱清泉、李弥、孙元良，受到拒绝。

        中原野战军对黄维第十二兵团採取大量土工作业，近迫攻坚，对第十二兵团合围圈不断缩小至12月初，第十二兵团防区缩小，粮弹不足陷入困境，只能靠有限的空运补给。此外，华东野战军又抽调5个纵队加炮兵纵队由参谋长陈士榘指挥，加入对第十二兵团的围攻。第十二兵团副司令胡璉因回家奔丧最初没有随军，第十二兵团被围后乘飞机进入双堆集包围圈。12月6日，中原野战军、华东野战军对第十二兵团全线发起攻击。

        12月8日，黄维兵团日趋瓦解，已无法再固守下去。当天，蒋中正在日记中写：「下午研究黄维兵团突围计划。将领气馁胆怯，只想逃命，不知廉耻，痛斥之。」这时的黄维兵团连突围的力量也没有了，蒋中正情急之下准备使用化学武。在下一天日记中写：「本日时刻想望化学炸弹之功效能否济急，最为系念。直至黄昏始运到，而犹未能起货试验也。此实最后之一法，存亡成败皆在于此。上帝佑华，其必能使之有效也。」

        12月10日日记写：「朝课后询化学弹运制情形」，「下午督导化学弹使用之准备计划，亲临空军指挥研究」，「手拟黄维函稿，谆谆叮嘱使用化学弹应注意各点及鼓励士气，固守待援也，晚召集化学弹有关人员再三研究，决定明日再准备一日，以期周到无缺也。十时后就寝，今日几乎全力用于化学弹使用之准备工作，忧喜与疑信参半也。」