正当蒋介石在沈阳、北京、徐州、南京之间疲于奔命，南京国民党军对徐蚌会战还在争论不休之间，华东野战军便发起了围歼黄伯韬的攻势。
围绕歼灭黄伯韬兵团，毛泽东曾与粟裕反复商讨，10月22日毛泽东批准粟裕制定的歼灭黄伯韬兵团的作战部署后，粟裕于10月23日发出了淮海战役预备命令：
（一）集中一纵、四纵、六纵、八纵、九纵、中野十一纵、鲁中南纵队及苏北兵团二纵、十一纵、十二纵共10个纵队和特种兵纵队，围歼以新安镇为中心的黄伯韬兵团。
四纵、八纵附1个野炮营，统归四纵司令员陶勇、政治委员郭化若指挥，首先袭歼官湖之敌，而后迅速由东北向西南分淮海战役示意图割围歼运河车站及炮车地区守敌，以割裂李弥、黄伯韬两兵团联系。得手后，即沿运河、沂河两岸地区部署阻援，保证主力围歼黄伯韬兵团。
十一纵适机沿宿迁至运河车站段的运河两岸，由南向北协同四纵、八纵攻歼运河车站守敌，并配合四纵、八纵阻援。
一纵、六纵、九纵、鲁中南纵队及特纵主力，由野司直接指挥，首先担任围歼新安镇、瓦窑之敌，得手后转兵东向。
第六纵队附特纵两个野炮连，经马头东西地区开进，首歼瓦窑、程家集、马圩及其附近地区之敌，而后即沿铁路两侧由西南向东协同鲁中南纵、九纵聚歼新安镇地区之敌。
一纵附特纵两个榴弹炮连、1个野炮连，于战斗开始时，首先尾随六纵、鲁中南纵队之后进至郯城、马头以南，红花埠、杨家集以北之间地区集结待命。
九纵沿沭河以东、桃林以西南下，先以一部夺取控制新安镇东北高地，其主力直插新安镇、高潭沟之间地区，分割包围该区之敌，而后逐次分批歼灭。
鲁中南纵队，首先以主力一部配合鲁中南基干团于7日晚围歼郯城山东保安第一旅，主力沿沭河西岸地区开进，相机歼灭新安镇外围地区之敌，而后协同一纵、六纵、九纵聚歼新安镇之敌。
特种兵纵队榴弹炮团及坦克全部，于战役开始集结朱陈地区待命。
二纵、十二纵（欠第三十四旅）、中野十一纵附特纵1个榴弹炮连、4个野炮连，统归苏北兵团司令员韦国清、副政治委员吉洛（姬鹏飞）指挥，经赤岸镇以东开进，首先担任分割包围阿湖、高潭沟地区之敌并迅速压缩包围，力求首先歼其一部，而后视情况集中主力分批逐次各个歼灭，战斗发起的第一天，二纵暂不使用，于完成包围后使用于主要突击方向。
（二）为使主力有充裕时间围歼黄伯韬兵团，决定七、十、十三纵队，统归山东兵团政治委员谭震林、副司令员王建安直接指挥，由临城、枣庄线向韩庄、台儿庄、运河沿线、贾汪地区，以攻势牵制、迷惑冯治安部，形成围攻徐州态势，造成刘峙错觉，吸引邱清泉、李弥兵团北援或停滞于徐州附近，不敢放胆东援。
十纵沿临城、沙沟南下，首歼韩庄守敌，抢占运河桥渡河南下，沿津浦路及东侧地区向利国驿、柳泉镇扩张攻势，并协同七纵向贾汪地区之敌攻击。
七纵由临城、枣庄之间，首先袭占万年闸大桥，另以一部于主力行动前切断枣（庄）、峄（县）之敌退路，掩护主力由万年闸及其东西地区渡运河直扑贾汪，求歼冯治安总部，迫使冯起义，该纵归十纵司令员宋时轮、政治委员刘培善统一指挥。
十三纵担任围歼台儿庄之敌，主力由台儿庄以西至万年闸渡运河直扑汴塘、宿羊山，切断台儿庄及以南运河沿线之敌退路，得手后以一部迫近包围碾庄圩、曹八集段之敌，主力向东，准备协同四纵、八纵阻歼可能由徐州东援兵团。
命令要求各部组织精干侦察部队迫近作战地区，确实查明当面之敌的兵力分布、阵地构成等情况，严密监视其行动变化，如发现守敌收缩集结征候应不失时机地展开挺进截击各个歼灭，或就地分割包围勿使其收缩集结，各部队于11月6日黄昏由现地开进，8日晚统一发起战斗。
预备命令发出后，华野全军便开始了紧张的准备工作。然而毛泽东并没有因已经批准了粟裕等提出了令自己满意的方案后而放下心来，他的眼光仍盯在徐州战场上。
10月26日凌晨3时，毛泽东致电粟裕、谭震林，并告陈毅、邓小平，及刘伯承、邓子恢和李先念，提出了“钳制邱清泉李弥两兵团分割歼灭黄伯韬兵团”的具体部署：“一○○军两个师均已增至新安镇并隶属七兵团，黄伯韬手里已有8个师，李弥5个师已集结运河车站及运西李家集地区，黄、李共13个师连接在一起。你们原企图以两个纵队歼灭运河车站之两个师，控制运河正面阻敌，恐将感觉困难。你们似只能从黄、李两集团的接合部，即新安镇与运河车站之间，以两个纵队插入隔断李、黄联系，而以一个至两个纵队由台儿庄向南从北面钳制李弥，另以一个至两个纵队攻歼韩庄、贾汪、柳泉地区之敌，迫使邱兵团以一个至两个军向正北防御，再以1个纵队及广纵向丰县砀山两点攻击，迫使邱清泉一部留于该方，另以地方兵团牵制孙元良，另以韦吉一个至两个纵队从睢宿向徐州东南攻击，如此方能确保钳制邱、李，以利主力分割歼灭黄兵团。关于应当使用强力部队，而不应当使用第二等部队于主攻方面，前已电告，如此须有几天时间重新调整部署。为了确保胜利，宁可推迟几天发起战斗，不要仓猝从事。”（《毛泽东军事文集》第5卷，第131页）
27日，毛泽东又电告饶漱石、粟裕和谭震林，制定淮海战役的部署要估计到情况的变化。电报说：“你们在研究部署时，除根据当前情况外，还要估计到情况的某些可能的变化，要设想敌可能变化的几种情况，其中应包括一种较严重的情况，要准备在这种情况下有对付的办法。”（《毛泽东军事文集》第5卷，第134页）
毛泽东提出，目前情况可能变化的是：
黄伯韬兵团8个师在我军接近时，可能由现时比较分散配置利于分割围歼的状态，改变为比较收缩比较靠拢难于分割围歼的状态。
黄伯韬兵团8个师在被我军围歼时，有几个师被歼灭，但可能有几个师因集结在一起，难于最后歼灭。
李弥兵团两个军靠在一起，可能使我军无法控制运河，如我军从台儿庄向宿羊山方向之部队动作不得力，则李弥兵团两个军可能全部加入运河车站及其以东，与黄伯韬兵团靠得很近，可能妨碍我军全歼黄伯韬兵团。
如果我军从临城向韩庄、贾汪、柳泉攻击之部队不得力，或动作不适当，不能吸引邱清泉兵团一个军左右去对付该方面；又如果我军派向丰县、砀山方向攻击之部队动作不积极，不能吸引邱清泉兵团一部留在该处，则邱清泉兵团可能以1个军或超过1个军的兵力进至大许家、八义集、碾庄之线，联接李弥兵团，使李弥兵团能够积极增援黄伯韬兵团。
陈毅、邓小平率中野11个旅11月4日进至涡阳、永城、亳州3县中间地区，争取打孙元良兵团，并威胁徐蚌线，对于华野我军作战当然会起很大的配合作用，可能吸引邱清泉兵团1个军及孙元良兵团全部去对付他们。但华野我军的计划应放在华野自己直接有效地钳制邱清泉上面，才是最可靠的，因敌军处内线，调动灵便，而陈毅、邓小平所率之中原主力对刘峙集团不能起致命的作用。
我军取得济南战役胜利后，干部中可能发生轻敌心理，如果不克服此种心理，则可能影响此次作战。
在毛泽东的指导下，粟裕根据当面国民党军队的情况，并考虑战斗发起后可能变化的情况，对原定的作战部署作了必要的调整，形成围歼黄伯韬兵团的最后计划，并于10月28日电报毛泽东。电报说：
本日与谭震林、王建安共同研究，估计我各路发起攻击后，蒋军可能依现态势固守，以达成于外围消耗我军保卫徐州之目的。其次，则将李、黄兵团集结固守几点，互相声援策应。如发现我主力出击新海段，黄兵团集结固守新安镇为核心，李弥以运河、碾庄线守备，机动甚大，因此在部署上拟不作更大变动，建议如下：
（一）以三纵、广纵及冀独一、三旅出击鱼台（可能逃跑），攻占丰县、敬安镇，前锋迫近徐州西北郊，另以一部佯攻砀山，钳制邱兵团一部。以七、十纵队攻占临城、韩庄、贾汪，控制利国驿后，迫近徐州东北。以十三纵一部包围台儿庄，其主力控制于宿羊山及其以南，并以有力一部进迫曹八集线，威胁李弥之左侧背。如七、十纵得手后，即以七纵担任从贾汪钳制，迫近徐州，正面阻敌；十纵则东移，协同十三纵对运（河）西李弥部之作战。另以华中十一纵（胡炳云纵）沿运河西岸猫儿窠向运河站（河西）、赵墩线攻击。江淮军区两个旅向赵墩、碾庄线攻击，造成我南北聚歼李兵团，攻略徐州之姿态，以便我运（河）东作战。以上各部均于7日晚发起战斗。
（二）运东作战以歼灭黄伯韬兵团为主。战斗第一步必须开辟战场，布置阻援阵地，分割敌人，使其不能集结，或靠近李兵团，或东窜新浦、海州，而便于第二步全歼黄兵团。因此，拟以八纵攻占炮车，四纵攻占运河站，得手后，该两纵即担负正面阻援。如运西攻击得手，已能钳制李兵团时，则依情况发展，抽出四纵或八纵，于第二步会攻新安镇。为便于打开战场，第一步仍以一纵、六纵、鲁中南纵队歼灭瓦窑之敌（六十三军）；以九纵队监视新安镇之敌；二纵暂控制于新安镇东南地区，必要时抽调该纵会攻瓦窑之敌；以十一纵（王张）、十二纵位于阿湖附近，分割二十五军与黄兵团部及六十四军、一○○军之联系。第一步任务完成后，第二步即以一、二、六、九、十一（王张）、鲁中南纵共6个纵队，分割歼灭新安镇及阿湖之敌。四、八纵除以1个纵队正面阻敌，抽出1个纵队包围六十四军。特纵则依各纵任务，配属运东各纵参战。山东兵团炮兵团除以1个营配属八纵外，其余则配属七纵、十三纵参战。因为只有完成第一步作战，才可免致我兵力分散，伸长阻援距离，便于第二步之会攻新安镇，这样可撕大黄、李兵团之接合部。如我军南下，黄兵团集结新安镇近郊时，即以一、六、鲁纵及二、九纵队会攻新安镇，但还可实施战场分割包围攻击，我可力求秘匿，突然奔袭，达到使敌不能收缩逃避。后者运东各纵统于8日晚发起战斗（《栗裕军事文集》第405页）。
粟裕此电是以饶漱石、粟裕、谭震林的名义发给毛泽东的，因此，毛泽东10月30日关于批准粟裕的作战计划与部署的电报也发给饶漱石、粟裕和谭震林。
电报说：“计划与部署甚好，请即照此施行。只有一点，分为虞齐两晚发起作战，是否有使黄兵团闻声警觉，于齐日白天你们尚未接近该敌时迅即收缩集结之虞，似不如同时于虞晚或齐晚各处一起动作，使各处之敌同时受攻，同时认为自已处于危险境地，互相不能照顾，要在两三天后才能查明我之主攻方向，但又因为我各部均已迫处他们面前，又已无法互相增援，尤其使黄兵团各部丧失收缩集结的必要时间，极为重要。”（《毛泽东军事文集》第5卷，第153页）
毛泽东强调对黄伯韬兵团、李弥兵团、邱清泉兵团的战斗要在同一个晚上发起，并对此役的作用给予充分肯定：“此战打得好，可能歼灭黄兵团8个师，李兵团两个师，冯治安2至3个师，接着不久并可能歼灭东海及两淮之敌，则长江以北之战局便可展开。那时即使蒋介石将锦西、葫芦岛、营口等处之敌全部南调，亦只能面布防于长江沿岸，于大局无补。”（《毛泽东军事文集》第5卷，第153—154页）
这个作战计划是在作战方针的指导下制定的，充分体现了作战方针中规定的战役指导思想和作战原则。
在兵力部署上，既保证了集中优势兵力歼灭黄伯韬兵团这个中心任务，又合理地使用了兵力，以造成围攻徐州的声势，隐蔽了我军的战役意图；主攻部队和阻援、打援部队及牵制部队互相之间形成了有机的联系，既考虑到首战的胜利，又照顾到战役发起后的发展；中央军委强调的“在同一个晚上发起战斗”，则对于迷惑敌人，为我军争取时间分割敌人、防止敌人收缩起到了良好的效果。
在作战原则上，强调了将黄伯韬、李弥、邱清泉3个兵团及3个兵团中的各个军分别割裂开来，这就使我军便于集中优势兵力，各个歼灭敌人。
这一作战计划的确定，较之开始时对战役的设想已有了很大的变化，特别是规定中野和华野同时发起攻击，这就使中野由原来在西边配合转为直接参战，为扩大战役规模，使我两大野战军会师淮海，与敌军进行战略决战，歼敌主力于长江以北奠定了基础。
11月4日，粟裕发出攻击黄伯韬兵团的命令，定于11月8日晚各部队统一发起战斗，然而由于敌情的变化，粟裕大胆地将战役提前了两天发起。
11月5日，华野各纵隐蔽进入鲁南邹县、滕县、临沂地区，开进出发位置待命，作战目标指向黄伯韬兵团。
黄伯韬（1900—1948），天津人，肄业于江西陆军第九混成旅学兵营。参加过北伐战争，后考入国民党陆军军官团第5期。1931年升任少将旅长，随意调往湘赣、湘西地区“围剿”红军。
黄伯韬
黄伯韬1935年升任中将师长，1936年入陆军大学特别班第3期，抗日战争时期，任冀察战区司令长官鹿钟麟的参谋、军令部高参等职。1940年，为顾祝同策划了震惊中外的“皖南事变”，充当反共反人民的急先锋，1944年升任第二十五军军长，驻防赣东。
黄伯韬1945年后参加蒋介石发动的反共反人民的内战，1946年率部进攻华中人民解放军张鼎丞部，1947年春夏之交，在鲁南地区与我军作战，损兵折将，连遭败绩，被撤职留任。1948年六七月间，在我军发动的豫东战役中又遭到沉重打击，由于我军主动撤围才幸免于全歼，然而蒋介石为掩盖区寿年兵团的失利，开动全副宣传机器，夸耀黄伯韬在豫东大捷，蒋介石亲自为黄伯韬佩戴青天白日勋章。
1948年8月，蒋介石重组第七兵团，任命黄伯韬为兵团司令官。第七兵团下辖第二十五军、第六十三军、第六十四军、第一○○军。黄伯韬兵团成立后，集结于新安镇地区，兵团司令部及第六十三军驻瓦窑新安镇，第二十五军驻阿湖镇（新安镇东约15里），第六十四军驻高流（新安镇东南约10里），第一○○军驻新安镇北约10里。
华野将作战目标指向黄伯韬，黄伯韬并不是全无察觉，10月，黄伯韬获悉华野主力已集结于鲁南，陈毅已到临沂，刘伯承部亦有向徐州运动模样，而苏北阜宁之华野十、十一、十二等3个纵队，正向陇海路东前进，便向徐州“剿总”总司令刘峙中述了两点意见：