为了支持陈毅、粟裕指挥新四军对韩德勤顽军作战，中共中央军委于9月下旬命令黄克诚率八路军第五纵队四个旅两万余人进入淮海地区，拊韩军侧背，韩顽处境危殆。蒋介石为了保持其苏北地盘，除严令韩德勤、李明扬、陈泰运三人密切合作，守住自己的阵地外，并命令安徽李品仙、江南顾祝同积极策应。同时，日军也在苏北、皖东增设据点，向新四军进行"扫荡"。这就大大助长了韩德勤反共气焰。除与新四军对抗外，并调动一部分兵力北上，焚毁涟水、淮阴间老黄河各渡口的船只，妄图阻止住八路军南援，集中全力消灭新四军，再回军打退八路军。对此，中共中央指示中原局：解决苏北问题主要依靠江北新四军和南下八路军的密切战略配合。根据中共中央指示精神，中原局对当前军事做了如下具体部署：新四军陈、粟部队依托黄桥，集中兵力做独立坚持至少半个月的作战准备，预防日军和顽军的夹击。八路军黄克诚部第五纵队主力应迅速由涟水南下，到东沟、益林后分兵两路，一路占领盐城，继续南下与陈、粟部队会合；一路由黄克诚亲自率领向车桥、平桥一带韩德勤的几个保安旅进攻，迎接新四军罗炳辉第五支队东渡运河，并指定整个战役由陈毅统一指挥。根据以上指示，陈、粟将兵力集结于黄桥附近，做了独立迎击韩德勤军的作战准备。为了争取广大阶层的同情，再次动员韩国钧等地方士绅出面调停。韩德勒却乘机要挟说"新四军如有合作诚意，应首先退出姜堰"，妄图以不让出姜堰为纠合顽军进攻新四军的借口。不料陈、粟慨然让出姜堰给李明扬、陈泰运两部进驻。这样，既争取了广大中间阶层的同情，又进一步孤立了韩德勤。
新四军要求团结抗日，委屈求和的态度，获得了苏北包括大部分地方实力派和爱国民主人士的欢迎。唯独韩德勤自恃有蒋介石、顾祝同撑腰，仍集结兵力求战，妄图驱逐新四军回江南。为了粉碎韩德勤的进攻，陈毅、粟裕召开军政会议，认为敌众我寡，装备相差悬殊，但韩军骄傲孤立，应利用韩轻敌冒进的弱点，采取诱顽深入，断其归路，在运动中予以歼灭的作战方针。据此，部署陶勇率第三纵队坚守黄桥；叶飞、王必成率一、二两纵队隐蔽于黄桥西北顾高庄、横港桥一带。并先派出一部分部队，采取运动防御战术，诱敌进入黄桥阵地前沿后，即全线出击，以分割包围手段，逐个予以歼灭。同时，电黄克诚，俟韩军深入黄桥地区，立即渡过老黄河攻占阜宁、盐城，相机夺取东台、兴化，以收南北夹击，一举占领苏北之效。
9月30日，新四军撤出姜堰，将防地交给李明扬、陈泰运，韩德勤一无所获，恼羞成怒，迫不及待地倾其主力李守维八十九军两个师及独立第六旅等十一个团一万五千余人，分三路由海安、曲塘一线南犯，进占营溪、加力，并将李明扬、陈泰运两部及五个保安旅部署在左右两翼，伺机参战。当地各界爱国人士对韩德勤狂妄好战的态度极其不满。新四军广大指战员对指挥部决定让出姜堰后，韩顽仍步步紧逼，尤其愤慨，纷纷表示决一死战，干净、彻底地消灭韩德勤顽军，以争取在苏北建立抗日根据地。
10月1日，李守维挥军齐头并进，叶飞纵队的一个团担任正面钳击，节节后退，完成了诱敌深入和掩护主力集结的任务。4日，顽军孙启人第三十三师被诱至黄桥东北前沿阵地，立即以猛烈炮火向坚守黄桥的陶勇纵队进攻，素有"拼命三郎"之称的陶勇指挥所部二千余人顽强抵抗。顽军师长孙启人以大刀队督促部队在炮火掩护下轮番冲锋，均被陶勇指挥所部阻止，不能越雷池一步，为叶、王两纵队集结兵力歼灭韩军赢得了时间。为了配合孙师的攻势，李守维于同时派自兼师长的第一一七师进至野屋基、何家塘一线，苗端体独六旅经高桥南进，企图迂回黄桥守军的侧背。陈、粟鉴于歼敌时机已到，立即命令叶飞纵队乘苗端体旅行军纵列首尾不相顾之际，将该旅分割于高桥一带。王必成纵队直插分界，构成合围态势，叶飞不待天黑，即命令部队奋勇出击，经三小时激战，全歼苗端体部顽军。王必成率部于午夜插至分界，切断李守维军归路。叶、王两纵队不顾疲劳，当晚进行合击。陶勇亦率部从黄桥冲出，将李守维顽军分割包围于黄桥以北地区。陈、粟指挥叶、王、陶三个纵队乘韩德勤顽军调整阵势之际，迅即向其发动猛攻，首先摧毁了顽军八十九军的指挥机关，军长李守维弃军逃走，失足落水于里下河毙命。新四军抓住顽军指挥机关失灵，部队无人指挥时机，紧缩包围圈，在野屋基一带展开激烈的战斗。新四军发扬了工农红军不怕牺牲，猛冲猛打的作风，经过多次白刃肉搏后，于5日上午结束战斗。至此，李守维部八十九军及苗端体独立六旅全军覆没，军长李守维、三十三师师长孙启人、旅长苗端体等阵亡，毙伤俘顽军共计一万一千余人。韩德勤闻前方李守维顽军被歼，连夜率后方部队千余人逃回兴化。当韩德勤率其主力倾巢南犯，后方空虚之际，黄克诚亦于4日率部南下。彭明治、田守尧两部于当晚由涟水以北横渡盐河。5日，突破旧黄河佃湖、洲门一线的顽军保二旅、保八旅阵地。6日，彭明治旅进占阜宁、东沟、益林，歼灭保十旅一部，直下盐城。新四军歼灭李守维等顽军后，6日又追歼残敌于营溪，各保安旅团闻风丧胆，纷纷放弃阵地，新四军乘胜席卷海安、东台。
至10月10日，陈毅、黄克诚两军胜利会师于东台以北的白驹镇。此次黄桥决战，新四军以少数兵力取得胜利，主要是由于陈毅、粟裕遵循中共中央和中原局确定的正确方针，并巧妙地利用各方面的矛盾，经过全体将士的英勇奋斗取得的。当陈、粟指挥所部与韩德勤顽军在黄桥决战时，驻泰兴日军一部曾进至黄桥以西十五里之外观战。李明扬、李长江、陈泰运等部亦陈兵于泰兴、泰州、姜堰、曲塘一线，频频派参谋人员侦察战况，形成一个战场四种力量并列，两方苦战，两方作壁上观的奇特现象。日军和两李、陈泰运均按兵观战，显然包藏着新四军战败乘机坐收渔利之祸心。及至陈、粟指挥所部迅速歼灭进犯的韩德勤顽军主力，日军退回泰兴，两李及陈泰运亦遵守和新四军的协定，严守中立。
黄桥之战，虽然给苏北顽固派头子韩德勤以沉重打击，但韩仍以副总司令合法名义收集残余顽军，盘踞兴化坚固的城池发号施令；地方实力派兵力未受损失，仍散布在苏北各地农村；在蒋介石严令督促下，四周的顾祝同、李宗仁和东北军、西北军仍跃跃欲试，企图支援韩德勤收复失地。摆在苏北中共军队面前的斗争任务仍是艰巨、曲折、复杂，而且是比较长期的。但有中共中央制定正确的方针政策，在刘少奇中原局的领导下，建立以盐城为首的苏北抗日根据地，进行有理、有利、有节的斗争，终于壮大了自己的力量，使新四军控制了广阔的华中地区。
二黄桥战役我、顽战斗序列现将黄桥战役中双方战斗序列列下：
（一）中共军队方面
新四军苏北指挥部指挥陈毅副指挥粟裕第一纵队司令员叶飞第二纵队司令员王必成政治委员刘培善第三纵队司令员陶勇政治委员刘先胜八路军第五纵队司令员黄克诚第一支队司令员彭明治政治委员朱涤新第二支队司令员田守尧政治委员吴信泉第三支队司令员张爱萍政治委员韦国清第四支队司令员刘震政治委员康志强新四军第五支队司令员罗炳辉。
（三）国民党军队方面
鲁苏战区副总司令部副总司令韩德勤第八十九军军长李守维第三十三师师长孙启人第一一七师师长李守维苏鲁皖边游击军总指挥李明扬副指挥李长江税警总团团长陈泰运独立第六旅旅长苗端体。