2日，华东军区向徐州人民宣布成立中国人民解放军徐州市军事管制委员会，傅秋涛为军管会主任，即日开始办公。军管会为严明我机关部队入城纪律，严格执行党的城市政策，颁布了入城守则11条。
当天，华东军区命令正式成立中国人民解放军徐州市警备司令部，袁也烈任司令员，傅秋涛任政治委员。徐州市警备司令部成立后，立即进行清剿散匪、收容战俘、保护市民财产安全、稳定社会秩序等项工作。
解放后的徐州，立即变成了支援淮海前线的前哨基地。首先，军管会组织了100多辆私营汽车，将徐州解放时缴获的弹药迅速运往前线，解决了前线部队由于战场转移而急需弹药的困难。军管会还在徐州成立了粮站管理处，统一领导各方面的粮站，接收自津浦、陇海两铁路线运来的粮食。徐州成了大规模的屯粮站和粮食转运中心。在徐州解放后的28天里，运往前线的粮食就达430余万斤。徐州人民还组织了几百架私人缝纫机，为部队赶制军衣。解放后的徐州，对支援淮海战役作战，发挥了重大作用。
当黄维兵团被围，蚌埠李延年、刘汝明兵团南撤，徐州之敌南援受阻时，11月28日，中央军委即指示总前委和华野：徐敌有向两淮及武汉逃跑可能，我应有所准备。
华野接到这一指示后，立即召开会议研究贯彻。会上，粟裕提出，蒋介石后方已无机动兵力，因而，徐州敌人放弃徐州的可能性比较大，至于敌人向哪个方向逃窜，他提出有三个可能：
一是沿陇海路向东，经连云港海运南逃，以摆脱被歼命运。可是，海运要迅速解决装载20余万军队的船只和码头是困难的，而且我军在这一带已集中了强大主力，如遭我尾追，则陷入背海作战的境地，更易于全军覆没。
二是直奔东南走两淮，而后经苏中南渡转向京沪。敌人这样做，虽可避开我主力，以集中兵力防守蒋介石的老巢，但是两淮河川纵横，除几条干线外，非舟楫不通，不便于大兵团行动，而且均为我老根据地，敌人将陷入我地方军和民兵包围中，难于逃脱。
三是沿津浦路西侧绕过山区南下，此区域地形开阔，道路平坦，便于大兵团、摩托部队行动，又距离黄维兵团较近，还可与李延年兵团相呼应，实行南北对进，既解黄维之围，又可集中蒋介石可能机动的兵力防守淮河，达到所谓“一箭双雕”的目的。但是，敌人走此路，必将遭到我两大野战军的强大打击，而可能全部被歼灭掉。
大家在分析研究中，认为敌人总是过高地估计自己的力量，迷信他们的美式摩托机械化部队。因此，估计徐州敌人很可能沿津浦路西侧绕过山区向南逃窜。
于是，华野前委立即命令在徐州南面阻击徐州敌人南下的8个纵队，对徐州的敌人注意侦察，严加监视，准备随时东西机动截击逃敌。
同时，对在蚌埠以北阻击李延年、刘汝明兵团北犯的5个纵队的部署也作了调整：十三纵队归中野指挥参加歼灭黄维兵团的作战，六纵位于曹老集监视蚌埠的敌人，以防北犯，其余二纵、十纵、十一纵迅速北调宿县东南为总预备队。
30日是，当徐州敌人大部主力还未开始西撤行动的时候，华野九纵在肖县方面的侦察营，即发现李弥兵团先头部队的西撤行动（敌人的撤退计划规定，李弥兵团的先遣1师应于29日晚占领肖县、瓦子口等隘路，该师没按计划行动，到30日晨才开始向肖县进攻），当日下午即于肖县地区阻击敌人。九纵在查明徐州敌人的行动企图后，立即组织力量，克服一切困难追击前进。因此，九纵的追击部队，于2日即赶到敌人前头阻截。
12月1日，华野领导在查明徐敌西窜行动后，当即部署了十一个纵队的强大兵力，采取多层多路尾追，平行追击与迂回拦击相结合的战法，展开猛追。
渤海纵队由大许家宿羊山地区，立即沿陇海路向徐州急进，除留1个师控制徐州市外，主力向肖县地区跟踪追击前进。
位于徐州西南的三纵、八纵、鲁中南纵队以及陇海路西侧的九纵，由城阳、桃山集、永固砦、杨庄、路町、夹沟地区直插瓦子口、濉溪口、祖老娄、五户张集、张寿楼等地区，截歼逃敌。
位于徐州以南及东南的一纵、四纵、十二纵由潘塘镇、张棋杆、双沟、褚兰、朝阳集地区，经徐州以南三堡之间转向徐州西北徐州肖县间，尾敌侧击追歼。
靠近固镇一带的十纵沿宿（县）永（城）公路急进。
位于固镇地区的二纵经宿县向永城前进，作为第二线截击部队。
十一纵由固镇西南地区沿固（镇）涡（阳）公路向涡阳、亳州急进，作为第三线迂回部队。
另十三纵尾后跟进，冀鲁豫两个独立旅及两广纵队，暂且控制徐州西南孤山一带原阵地待命出击。
华野一面部署各纵队迅猛追击，一面将徐州敌人西逃情况以及我军以上追击部署和行动报告中央军委。同时电告中野及豫皖苏军区，迅即控制商（丘）砀（山）、陇海线和永城、亳县、太和以及沿沙河、周家口、界首各渡口，布防阻击。中野接到华野来电，当日即命令郑州守城部队乘车东开，控制商丘。
经过1天紧张的追击，华野九纵已攻入祖老娄西南地区与逃敌打响，并继续向西北薛家湖方向截击。八纵向永城截击。三纵向肖县西南瓦子口以西截击。十纵已到达永城东南百善集。二纵到达宿县南面临涣集以西地区。
中央军委接到华野1日关于徐州敌军西逃和我军的追击情况报告后，2日，指示华野：应以两个纵队侧翼兼程西进，赶至敌人先头堵住，方能围击，不可单靠尾追。
华野根据中央军委指示及1日追击情况，2日，再次调整追击部署：十二纵沿徐州敌人向西的退路跟踪猛追，并防敌在无法西窜时，再向徐州回窜；一纵、四纵集中全力由敌左侧后以勇猛动作，不怕伤亡，攻入敌人纵深向敌截击；三纵、八纵、九纵以强行军速度绕到敌人先头，以截住敌人向西逃窜，并于截断敌人后，即迅速设法分割敌人。各纵队重武器及机关辎重行李等，可留少数部队掩护跟进。
各纵队按华野司令部的以上追击部署，勇猛动作，积极行动。12月的淮海平原，天寒地冻，北风凛冽。我军追击部队，却不顾天冷、风急、路艰，不顾敌军飞机轰炸阻拦，向徐州敌人逃跑的方向勇猛追击。他们废寝忘食，日行百余里，不怕一切艰难险阻，只怕敌人跑掉溜回江南。
3日上午，杜聿明集团正向永城前进，先头部队已进到芒砀山、薛家湖、大回村、青龙集地区。这时，杜聿明接到蒋介石11时的电令。蒋介石在电令中说：“据空军报告，濉溪只之敌大部向永城流窜，弟部本日仍向永城前进，如此行动，坐视黄兵团消灭，我们将要亡国灭种。望弟迅速令各兵团停止向永城前进，转向濉溪口攻击前进，协同由蚌埠北进之李延年兵团南北夹攻，以解黄维兵团之围”。
蒋介石原来所以同意杜聿明撤出徐州，是因为在徐州南攻不成，解救黄维无望，才让他绕到双堆集东南击中野侧背，以解黄维之围。当杜聿明集团西撤情况比较“乐观”，而黄维兵团处境更加困难时，蒋介石就改变了让杜聿明集团继续西撤的主意，命令他们立即停止西撤，转向濉溪口方向攻击前进。
杜聿明在决定西撤时，就已确定撤而不打的原则。此时，蒋介石突然改变西撤主张，命令他们半路就打。杜聿明对此犹豫不决。执行蒋介石的命令，势必是将已经拉出来的队伍送给解放军。不执行这一命令，继续向永城前进，如能安全撤出，又能解黄维之围，这一违抗命令的责任还好交代；万一撤不出，又不能解救黄维，这一违抗命令的责任，必将受到蒋介石的查究。
杜聿明不愿担这个风险。于是，他立即将蒋介石命令的要点通知各个兵团，命令各兵团立即停止西进行动。
下午，杜聿明召集各兵团司令商讨停止撤退后的行动。邱清泉、孙元良都亲自到会，李弥派了两个副司令参加会议。
杜聿明让大家传阅了蒋介石的命令。在议论时，邱清泉主张照蒋介石的命令打。他建议，从4日起他的兵团担任攻击，李弥兵团、孙元良兵团在东、西、北三面掩护。孙元良表示完全服从命令。最后，大家决定服从命令，采取三面掩护，一面攻击，逐次跃进的战法，能攻即攻，不能攻即守。
于是，当即调整攻击部署：邱清泉兵团在陈庄、孙厂、前王楼、刘集、鲁楼间地区占领阵地，4日向铁佛寺、濉溪口方向攻击前进，右翼与孙元良兵团、左翼与李弥兵团连接；李弥兵团在孙瓦房、后刘岗、王楼间地区占领掩护阵地，掩护攻击部队的左侧背，左翼与孙元良兵团、右翼与邱清泉兵团接连；孙元良兵团在赵破楼、僖山集、义村、庄楼间地区占领掩护阵地，掩护攻击部队的右侧背，左翼与邱清泉兵团、右翼与李弥兵团连接。
会后，下午5时，杜聿明电复蒋介石，报告“今日已正式向来敌攻击，而后决遵钧谕行动”。
接着，杜聿明在4日，又连续向蒋介石发出4封电报，除了蒋介石空投粮食外，杜聿明再三向蒋介石解释，“职决心始终未变”，“职遵照钧座决策，采取积极攻势，决无避战迂回之意”，“因山地隘路，东西南三面均有敌情，为避免被敌截击，故采现行路线”。
杜聿明向蒋介石表示，“职不问情况如何严重，决采逐次跃进战法，三面掩护，一面攻击，向东南作楔形突进，以与黄维会师。请加强李延年兵团向北采积极行动，并饬黄维不断转取攻势，并饬空军积极协助作战，并空投粮弹”。
虽然杜聿明一再向蒋介石解释他决不“避战”，表示决心照蒋介石的命令行动，但蒋介石担心杜聿明得粮后，滞延行动，坐待被围，不迅速南下解救黄维，因而故意暂不投粮。
4日，蒋介石复电杜聿明说：弟部粮弹无法空投，切不可存此希望，应勇敢迅速突破当面之敌，南下与黄兵团会师，勿延为要。经过杜聿明再次恳求，蒋介石才答应6日开始，空投粮弹。
正当蒋介石变更原来部署，要杜聿明转向东南突进、解救黄维的时候，华野各路追击大军已陆续云集肖县、永城、砀山三角地带，逐渐形成了对徐州逃敌的包围。
2日晚，华野九纵已从南面绕过敌人追至大回村以西、永城以北的埋子集一线，超越了敌人，然后以纵队主力北折，直插薛家湖、芒砀山。
3日，即与从徐州东南陆湾、房村等地追赶过来的、从北面绕过敌人的一纵相会合，对徐州逃敌已形成了合围之势。
与此同时，八纵先头部队已抢占了永城，并控制了永城以东的铁佛寺、大回村地区。
鲁中南纵队也进入了五户张集地区。十纵追至陈官庄以南之大回村，敌人逃往永城的去路已为我军截断。负责尾击的十二纵、三纵以及2日才开始追击行动的冀鲁豫部队和两广纵队等，也连日跟踪追击，将敌截成数段，边追边打。
至此，徐州逃敌已被我军滞阻于肖县、永城以北，砀山、永城以东地区。华野司令部判断，敌人仍采取集团滚进，稳进突窜的方针，在被我滞阻以后，敌人则有被迫现地固守，寻机突窜的可能。
3日，根据战场态势，华野司令部决定趁敌人立足未稳、阵脚混乱之际，坚决截堵逃敌向西南突窜的道路，压迫其向北、向西北，并先集中主力揳入其纵深，割歼其后尾一部，而后再分批逐次各个歼灭。
根据这一任务要求，华野司令部再次部署了各纵队的作战任务：九纵控制薛家湖至丁集间。
八纵控制丁集、大回村、菊集、大丁楼之间地区。鲁中南纵队控制永城以北旱道口间地区。
十一纵控制大回村、菊集、新庄间地区，构筑纵深翼侧阵地，为八纵、九纵的预备队。
二纵进至陈官庄以南及东南的青龙集、黄桥、大回村地区。
十纵即至青龙集、黄桥、五户张集地区，会同现在王寨、祖老娄以东地区的三纵，由襄山庙经孙楼、袁圩、张大屯一线两侧地区集中，并进而楔入敌人纵深，割断敌人东西间的联系。
一纵、四纵、十二纵及渤海纵队主力，割歼大吴集、王寨、张新集、截柿园地区的敌人，四纵沿王寨、张新集一线，一纵、十二纵最好分由东向西，及由北线至敌左侧后，由北向南分路突击，分割歼灭该区之敌。
渤海纵队主力沿陇海路南西进曲星铺、东镇店地区，向大吴集、张大屯敌人的侧面攻击。
两广纵队及冀鲁豫独立一、三旅、冀鲁豫三、五分区武装，经肖县黄口间地区，进至陈官庄以北及东北的韩道口、山城集、火神殿地区，担任由西北向东南钳制、攻击敌人侧面的任务，借以配合主力歼敌作战。
华野各纵队及地方部队，均按以上部署的分工，进行攻击，于4日拂晓，终于将邱清泉、李弥、孙元良3个兵团全部包围在徐州西南130华里的陈官庄地区，淮海战场上的第三个包围圈又形成了。
在这3天多的追击战中，我军沿途歼灭逃敌2万左右，其中俘获敌军14万余人。
12月4日，在华野合围杜聿明集团以后，当时整个淮海战场上的战役重点，仍是南线歼灭黄维兵团。
对杜聿明集团，总前委指示应采取东北攻击，西南守备，先打弱敌，后打强敌，逐步削弱敌人的方针，以坚决防敌南逃，并要求消耗歼灭其有生力量，造成我最后各个击破的有利条件。陈毅也叮嘱华野：要把西南堵好，不然将影响南线作战；要各纵队首先缩小包围圈，再用弄干水捉大鱼的方法，彻底把敌人消灭光。
同一天，敌邱清泉兵团按照3日部署，开始向铁佛寺、濉溪口方向攻击前进，李弥、孙元良两兵团坚守掩护阵地，即在三面掩护下，一面向东南作楔形突进，企图脱离包围，与黄维兵团靠拢。
华野司令部决定集中一纵、二纵、三纵、四纵、八纵、九纵、十纵、十一纵、十二纵、鲁中南纵队、两广纵队、渤海纵队（一部）、冀鲁豫军区独立一、三旅及特纵一部等强大兵力，采取三面突击，一面阻击，逐渐缩小包围圈的战法，坚决阻敌南逃，并求揳入敌人纵深，打乱敌人部署，分割歼灭敌人。
4、5两日，我军就现围敌态势，各向当面敌人进行攻击，以紧缩包围。一纵由袁圩以西地区向西南王白楼、孟集、李石林方向攻击，攻占李楼、王白楼，歼敌五军二○○师一部。
四纵由东向西，向李石林、陈阁方向攻击，占郝汉楼，歼敌八军四十二师1个多团，俘敌1900余人。四纵全歼由张小阁向西南突围之敌，攻占胡楼、张庄砦、崔阵口、马乔等村落。
九纵由西北向东南孟集方向攻击，攻占丁楼、芒砀山、山城集、倪园、倪小楼等村庄，歼敌“剿总”机关和邱清泉兵团机关人员及警卫武装一部，俘敌4000余人，歼敌五军四十六师两个团，接着，又歼豆楼敌2000余人。
两广纵队攻占屈王庄。
以上各纵队由包围圈西北方向和东北方向，努力向前压缩。
位于东南方向的三纵，向西攻击，占刘娄、双娄、杨小乔。位于南部的十纵，占魏老窑、魏小窑、刘娄、张小娄等地，该纵于5日将大回村线的防务交给二纵后，东移青龙集以东以南地区。
鲁中南纵队攻占香山庙以西的赵娄。
二纵接替十纵阵地后，担任魏老窑、王庄一线防务，构筑坚固工事，阻敌南突。八纵攻占王花园、崔庄等敌据点。
11纵5日由丹城集进至永城以东地区，为第二线阻击部队。