为了体现我军的人道主义政策，四纵、十纵在包围圈东面的青龙集地区开了一个放人的口子。他们选择一条便于控制的隘路，设上几层火力网，然后就大张旗鼓地号召包围圈内的难民和散兵出来。听说解放军网开一面，难民和散兵蜂拥而来。敌军为了减轻包袱，少些没有用的人吃饭，也睁眼闭眼地随他们走。这些人中有从徐州逃难的老百姓，也有国民党政府官员和地主。一些国民党军官兵也化装成老百姓，拖着枪想混出包围圈。有几次大队人流向口子拥来，搞得警戒部队十分紧张，轻重机枪一齐开火。这也挡不住人们求生的渴望。到了路口，人群好像受过训练，逐渐排成一队，一个个放下武器，举着双手，接收我军的检查和收容。据华野司令部阵中日记的记录：12月27日十纵报告：“鲁老家跑出敌四五百人，内大部是民众学生，仅十分之三是当兵的，现我全部收容。”1949年1月3日四纵报告：“由青龙集放出老百姓、学生、伤员、太太等1000多人，正在政治部审查。”一些国民党军官也想乘机脱身，徐州“剿总”办公厅主任郭某等组织了一个“难民还乡团”，其中有徐州国民党机关人员、从海州撤退的国民党军家属，也有军官。他们与杜聿明打了招呼，被批准从李弥兵团处放行。他们大队人群向解放军的路口拥来，解放军认为其中有诈，便开始射击。人群调头向回跑，国民党军又开枪阻止。郭某等人没跑成，只好退回来。直到我军最后总攻陈官庄，郭某等才当了俘虏。
包围杜聿明集团后，我方积极进行政策宣传，希望杜聿明等高级将领能放下武器。12月8日，陈毅、粟裕、潭震林联名写信给杜聿明等，希望他们“命令部下停止抵抗，切实保护武器弹药资财，实行有组织的缴械投降。只要能如此做，我军当可保证汝等及全体官兵的生命安全。”这封信书写多份，由俘虏分别带进包围圈。邱清泉把信烧了，李弥把信转交杜聿明。杜聿明看完信后。去试探邱清泉的态度。邱清泉依然态度顽固，看了一半，一句话不说就把信烧了。杜聿明从心里还是忠实于蒋介石的，怕邱清泉抓住把柄，也不敢提投降的事。其实邱清泉是色厉内荏，他私下对参谋长李汉萍说：“只有欧洲人打仗最好，打得赢就打，打不赢就降。不像我们中国，明知道不能打，也非打下去不可。”国民党内部的勾心斗角，使他们都戴上了假面具，到生死关头也不肯面对现实。
12月17日，毛泽东为中野、华野司令部写了《敦促杜聿明等投降书》的广播稿。义正辞严地指出：“你们现在已经到了山穷水尽的地步。”“你们的兵士和很多干部。大家很不想打了。你们当副总司令的，当兵团司令的，当军长师长团长的，应当体惜你们的部下和家属的心情，爱惜他们的生命，早一点替他们找一条生路，别再叫他们作无谓的牺牲了。”“黄百韬兵团、黄维兵团和孙元良兵团的下场，你们已经亲眼看到了。你们应当学习长春郑洞国将军的榜样，学习这次孙良诚军长、赵壁光师长、黄子华师长的榜样，立即下令全军放下武器，停止抵抗，本军可以保证你们高级将领和全体官兵的生命安全。只有这样，才是你们的惟一生路。你们想一想吧！如果你们觉得这样好，就这样办。如果你们还想打一下，那就再打一下，总归你们是要被解决的。”但是杜聿明、邱清泉等仍然执迷不悟，负隅顽抗。杜聿明回忆：“当时解放军的《敦促杜聿明等投降书》我未看到，就是看到，令‘全军放下武器’，仅保证‘高级将领和全体官兵的生命安全’，我也不会投降的。国民党军官对个人生命固然看得重要，但更重要的是部队实力，因为他是靠这个升官发财的。”
12月29日，陈官庄地区天气转晴。杜聿明立即打发舒适存，董明德上飞机，带上他的建议去见蒋介石。次日蒋介石来电说：。听说吾弟身体有病，如果属实，日内派机接弟回京治疗。”邱清泉力劝杜聿明回南京。杜聿明心里很明白，他的本钱就是这些部队，丢了部队逃生，他个人绝没有好下场。他拒绝了邱清泉的建议，复电蒋介石说：“生虽有痼疾在身，行动维艰，但不忍抛弃数十万忠勇将士而只身撤走。请钧座决定上策，生一息尚存，誓为钧座效忠到底。”其实蒋介石是无计可施，黄维兵团被消灭后，蒋介石于12月18日密令刘峙将蚌埠的主力转移到长江以南：“54军、66军、39军即开南京集结，归汤（恩伯）司令指挥，从速完成江防准备。28军即控制滁县、浦口间地区，立即完成桥头阵地。52军之两个师着即日开武进、镇江间归建。”这说明蒋介石自顾不暇，根本不会出兵来救杜聿明集团，只能看着他们被消灭了。
29日南京方面恢复了对陈官庄地区的空投。国民党官兵如同饿狼一样到处奔跑抢粮。有的跟着空投伞一直跑到解放军阵地前，不顾死活地抢大饼和生米吃。有的互相冲突，械斗残杀，秩序大乱。杜聿明的电台坏了，由74军电台联络，空投的粮食大多落在74军防区内。李弥兵团得不到粮食，大骂邱清泉兵团。杜聿明命令邱清泉调出若干包大米，分给李弥的一线部队，矛盾仍无法平息。华野抓住天气晴好和敌军混乱的机会，于17时集中特纵和各纵队的火炮200余门，向敌军前沿工事进行了全面炮击。猛烈的炮火持续了一个小时，由于我军已经全面掌握了敌军工事的分布情况，炮弹打得又猛又准，敌军的地堡大部被炮火摧毁。这是总攻前的一次试射，也是我军结合政治攻势向敌军施加军事压力.这一顿炮击进一步摧毁了敌军的信心，使其士气低落，人无斗志。
在阴暗低沉的气氛中，蒋介石度过了1949年的元旦。这是他一生中最痛苦的时刻，战场上连续失败，国统区人心动荡，经济形势急剧恶化。12月30日，他将各地军政首脑阎锡山、张治中、胡宗南等召到南京，商议对策。他们有的主战，有的主和，莫衷一是。而白崇禧则于12月24日在汉口发出电报，要求与中共和谈，并逼迫蒋介石下野。桂系的强硬背后有美国人的支持。蒋介石派宋美龄赴美寻求军事援助，美国政府反应冷淡，拒绝了蒋介石的请求。没有美国的飞机大炮，蒋介石是无法坚持打下去的，美国驻华大使司徒雷登也表明立场，他通过秘书转告新任行政院长孙科：“蒋总统下野，为进行和谈所必需。”
在四面楚歌，众叛亲离的处境下，蒋介石发表了元旦文告，表示愿意下野以谋求和平。文告说：“只要和议无害于国家的独立宪整，中华民国的国体能够确保，中华民国的法统不至中断，军队有确切的保障，人民能够维持其自由生活方式与目前最低生活水准，则我个人更无他求。中正毕生革命，早置生死于度外，只望和平果能实现，则个人进退出处，决不萦怀，而一惟国民的公意是从。”
在西柏坡，毛泽东发表了气壮山河的新年献词——《将革命进行到底》。文章指出：“敌人是不会自行消灭的。无论是中国的反动派，或是美国帝国主义在中国的侵略势力，都不会自行退出历史舞台。”他引用了古希腊《伊索寓言》中“农夫和蛇”的故事，尖锐指出：“中国人民决不怜惜蛇一样的恶人”。他向世界宣告：“1949年中国人民解放军将向长江以南进军，将要获得比1948年更伟大的胜利。”“1949年将要召集没有反动分子参加的以完成人民革命任务为目标的政治协商会议，宣告中华人民共和国的成立，并组成共和国的中央政府。”这也是对蒋介石“和谈”阴谋的有力回击。
事实正如毛泽东所预见的那样，蒋介石表面上高喊“和平”，背地里却丧心病狂。他命令空军向杜聿明集团加紧空投粮食弹药，并运送大量毒气弹，帮助杜聿明集团突围。1949年1月3日，苏北兵团向华野司令部报告：“昨中午12时，八纵方面拾到敌空投之毒瓦斯弹，其名为‘催泪性37式化学抛射弹’，联勤总部64军工厂造。弹色灰，弹体长15公分，式样同88式掷弹筒。中间有一道箍，箍下有六个蓝点。今天下午八纵张参谋试验，第一弹离发射地170米处爆炸，他即向爆炸处跑去，感到口辣、喉痒，淌了一些眼泪。第二弹打出去未爆，拿回后在家拆开，内是气体，闻到硫磺味，嘴辣、喉痒、流眼泪，三分钟后即平安无事，效力并不大。”国民党毒气弹的秘密被我军掌握，原来不过如此。华野将徐州缴获的防毒面具发给前线部队，并指示了防毒知识。国民党军赖以突围的“王牌”也就不起什么作用了。杜聿明等对此严守秘密.电文中都化名“甲种弹”。实际上敌军投诚者多人已向我方交代了国民党军准备放毒突围的计划，我方已有了充分准备。杜聿明对此抱有极大希望，董明德向他介绍毒气弹的性能时，杜聿明问：“用的什么毒气？”董答：“催泪性的。”杜聿明不满地说：“这有什么用？为什么不用窒息性的呢？”董答：“窒息性的太严重，还不敢用。”在垂死挣扎之际，杜聿明已经完全不顾国际公法了。后来的事实证明，毒气弹也没能挽救杜聿明集团灭亡的命运。
1月3日，杜聿明接到蒋介石的电令：“照第二案实行，自5日起投足三日粮弹。”这是杜聿明建议的下策——突围。杜聿明感到突围是毫无希望，但又不能违抗蒋介石的命令。他复电陈述粮弹不足，将士饥饿，无法执行命令，请继续大量空投。5日蒋介石复电，也是最后的命令：“准再投三日，务必遵照实施。”杜聿明不走也得走了，他与邱清泉、李弥在陈官庄召集军师长会议，部署突围行动。会议商定：1.要求南京派飞机投毒气弹，掩护地面部队突围；2.由5军、74军带防毒面具打开两个缺口，随后扩张战果，后续部队跟着突围；3.每人带三天干粮；4.突围时间定在1月9日。各部队根据命令，开始了准备。
国民党军的行动比我军慢了一步。自12月29日敌军恢复空投以来，华野就密切注视敌军动向。据投诚士兵说：他们29日开始吃马肉，还让吃饱。向我方投诚的人数也逐渐减少。电台监听不断收到敌军相互联络的讯息，部队集结和汽车、坦克调动的噪音也明显增加。种种迹象表明，杜聿明集团准备突围。华野经过20天休整，部队已经完成整补，战士体力充沛，士气高昂，特纵炮兵和后方补充的弹药也已经到位。三纵在双堆集战斗结束后也回到陈官庄前线。华野首长认为：总攻的条件已经成熟.经中央军委批准，1949年1月2日，粟裕、谭震林、陈士榘、张震联名发出了全歼杜聿明集团的命令。命令指出：“近日敌复积极调整部署，似图待空投补充粮弹后，寻隙夺路向南、向东南、向西南分途突围。”“为贯彻战役决心，乘敌人还未能得到充足粮食、弹药补给.且疲惫动摇恐慌之际，争取迅速解决该敌，全歼杜邱李匪部，以获淮海战役全胜，决首先分割攻歼13兵团残部，压缩对敌之包围圈，尔后乘胜扩张战果，攻歼邱兵团残部。”具体部署是：以三、四、十、渤海纵队和冀鲁豫军区两个独立旅为东集团，由宋时轮、刘培善指挥，向敌东部阵地突击；以二、八、十二纵为北集团，由谭震林、王建安指挥，由北向西南攻击；以二、八、十一纵为南集团，由西南向东北攻击。另以六、七、十三纵、鲁中南纵队、两广纵队、由济南调来的吴化文部队以及豫皖苏、冀鲁豫军区部队为战役预备队，拦截围歼溃逃之敌。各部队接到命令后，立即开始近迫作业，以壕对壕，以堡对堡，一条条战壕挖到距敌军阵地的前沿仅30米处，有的楔入敌军阵地侧后，对敌前沿阵地形成三面包围。敌军眼看我军的战壕挖到面前，也饿得没有力气抗拒了。
1月6日15时30分。华野的总攻打响了。各纵队和特纵集中绝对优势的炮火，将敌军阵地打成一片火海。在突破敌军前沿阵地时，我军没有像以往那样采取集团冲锋，而是以灵活的战术，以班为单位，实施小组突破。战士们利用交通壕的掩护，接近敌军地堡，一边爆破一边消灭敌人，以最小的代价达到歼灭敌人的目的。一个班就可以解决敌军一个排的集团地堡。敌军士气极为低落，已经不能组织有效的抵抗。一纵仅用两个小时就攻占了夏庄，继续向纵深突破。据华野司令部当天统计：三纵攻占窦凹，四纵攻占阎庄，八纵攻占魏小窑，九纵攻占郭营，十一纵攻占李楼、徐小凹，都是在两三个小时内解决战斗。这天共歼敌万余人，占领13个村庄，李弥兵团受到沉重打击。邱清泉兵团的70军军长高吉人被我军的炮弹炸成重伤，杜聿明任命96师师长邓军林为70军军长，组织抵抗。
李弥在我军强大攻势下感到末日来临，7日命令兵团各部放弃陈阁、马庄等阵地，向邱清泉兵团靠拢。8军转移到罗庄，9军和兵团部转移到空投场和李庄。上午我军还没有完成攻击准备，李弥兵团各部就从青龙集等11个村庄不战而逃。当天晚上，我东集团各纵队占领了这些村子，杜聿明集团的整体防御被打破了。