26日，战事正酣。黄维突然派人把廖运周叫到兵团部，提出了他准备集中4个主力师全力突围的计划。廖运周一听，不禁倒吸口凉气：黄维的这招果然厉害。如果集中4个主力师全力突围，很有可能一举突破解放军的防线。他心念至此，忽生一计。说道：“司令长官的计划果然高妙，我一一O师愿意在最前方做先锋，打头阵。”黄维一听，当即欣然同意。

廖运周回到师部后立即派人穿过火线去将情报报告中野首长，请求突围时我军突然散开，等一一O师通过后，组织火力堵击后续的敌军。中原野战军立即同意了起义计划。

27日，黄维按计划组织突围，一一O师迅速进入我军阵地，后续敌军正准备跟上时，发现“缺口”突然不见了，阵地上布满了解放军将士，顿时傻了眼。我中野第六纵队和陕南十二旅抓住战机，向敌人猛烈开火，敌人一片片地倒下。敌人见一一O师反戈，顿时军心大乱。黄维精心组织的突围计划化为泡影。

28日，黄维再次组织大规模的突围，又以失败而告终。多次突围无望，黄维被迫调整部署，固守待援。我军见敌人调整部署，也及时改变了作战方法，采取掘壕前进、迫进作业的攻坚战术，实施稳扎稳打，逐点攻击，攻占一村、巩固一村，紧缩包围圈。至12月2日，黄维兵团被压缩在以双堆集为中心的纵横5公里的狭小地区内。

6日，我军向黄维兵团发起总攻，各纵队集中优势兵力，实行有重点、多方向的连续突击。双方鏖战至14日，黄维兵团的核心阵地和兵团指挥中心已完全暴露。

15日黄昏，敌人组织向西突围。我军立即分路追歼逃敌，失去指挥的残敌乱作一团，纷纷向我军投降。到15日午夜，黄维兵团全部被歼。中将司令官黄维、副司令官吴绍周、第18军军长杨伯涛、第10军军长覃道善等被俘。第14军军长熊绶春被击毙。只有副司官胡琏乘战车潜逃。蒋介石寄予重望的一个王牌兵团就这样葬送在人民战争的海洋之中，淮海战役第二阶段胜利结束。活捉杜聿明

蒋介石眼见黄维兵团被围，自己“三路会师，打通徐蚌”的计划全部泡汤，心急如焚却又不知所措。11月28日，他召来自己的爱将杜聿明，在南京召开军事会议。杜聿明建议立即放弃徐州，以保存实力。万般无奈的蒋介石采纳了这一建议，并令杜聿明亲自组织撤退，务必将徐州的3个兵团安全带出来。

杜聿明回徐州后立即召集各兵团司令官开会，传达了蒋介石放弃徐州的命令。他对众将提出了“撤即不能打，打即不能撤”的原则，要求各部在撤退中采取“滚筒战术”行进，即各兵团形成一个圆球或圆筒式态势，以免被解放军包围。