线李延年、刘汝明两兵团刚刚前进到任桥地区，就受到华东野战军猛烈打击。11月26日，华东野战军部队攻克任桥以东的灵壁，威胁李、刘两兵团侧背，李延年、刘汝明立即指挥所属部队缩回浍河以南。由蒙城北进的黄维兵团则被刘伯承、陈毅、邓小平指挥的中原野战军部队包围在双堆集地区。这样，蒋介石的南北对进计划刚刚开始即破产了。
在第二阶段中，粟裕一直最关注徐州杜聿明集团的动向。他后来回忆说：“我分析杜集团下一步的动向有两个可能，一是固守徐州；一是突围。敌人突围对我并非不利，因为如敌人固守徐州，以坚固设防的大城市为依托，将加大我军歼击该敌时的难度。问题是如果敌人突围，我们必须把敌人围死在一定的地域，以求全歼。我们决定不把敌人堵死在徐州，而准备对付敌人突围”。
11月28日，中央军委和毛泽东来电指出：“黄维解决后，须估计到徐州之敌有向两淮或向武汉逃跑可能。”接到中央军委来电，粟裕进一步分析敌我态势，认为杜聿明有不待黄维被消灭就放弃徐州的可能，并且判断他逃跑的方向有三个：“一是沿陇海路向东，经连云港海运南逃，但要迅速解决装载三个兵团的船只、码头是困难的。二是直奔东南走两淮，经苏中转向京沪，但这一路河川纵横，要经过水网地区，不便于大兵团、重装备行动。三是沿津浦路西侧绕过山区南下，这一带地形开阔，道路平坦，距黄维兵团又近，可以同李延年、刘汝明两兵团呼应，南北对进，既解黄维之围，又可集中兵力防守淮河。敌人极大可能走这一路。一旦杜聿明与黄维会合，战场形势将发生不利于我的大变化，所以这也是对我们威胁最大的一着”。因此，在兵力部署上，他准备重点对付徐州杜聿明集团向西南逃跑。
11月29日，粟裕将分析及部署上报中央军委、刘陈邓和华东局后，毛泽东于次日复电认为：“各项估计及意见均甚好。”
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淮海战役第一功臣（下）（6）
但同日，中央军委根据地下党所获取的杜聿明撤退计划，很快又给粟裕发来电报，指出杜聿明集团向东南方向逃跑的可能性最大，指令华东野战军“务使敌人不能向这两个方向逃跑”。正指挥徐州以南阻击的华东野战军山东兵团负责人谭震林、王建安根据杜聿明的部署重点在东南面的情况，也认为他将向东南撤退。
收到电报后，粟裕颇费踌躇。他后来回忆说：“我虽认为敌人不会由此方向逃窜，但又有情报。万一敌人由此方向逃窜，而我军部署失当，个人贻误军机且不说，势将影响同敌人进行战略决战。相信这个情报吧，如果杜聿明不从这边走，而是向西南，与黄维会合，后果更难设想”。经过再三分析比较，粟裕确认，杜聿明集团走两淮和连云港的可能性不大。于是决心将华东野战军在北线的7个纵队部署于徐州以南津浦路东西两侧，把注意的重心放在西南方向。他认为，采取这样的部署，即使杜聿明集团向两淮或连云港方向逃窜，受地形条件的限制，逃跑的速度也不会快，华东野战军部队也可以赶得上。
11月28日，蒋介石果然决定于11月30日撤出徐州，走粟裕判断的第三条道路，经永城到蒙城、阜阳地区，解救黄维之围。
当天，杜聿明自以为聪明地搞了一个小动作：全面发动佯攻以迷惑粟裕，当天晚上秘密撤出徐州。他对邱清泉等人得意地说：“预料这次迅速决定撤退的行动是成功的。依照###平日作战的规律，每经过一次激烈的战役，至少有两个月以上的休整。我看###只可能有一小部分部队留置在徐蚌地区，切断我军的补给线并牵制我军的行动，决不可能在吃掉黄百韬兵团以后，还未曾消化得了，就有持续作战的能力。兵贵神速，这次撤退的行动正钻在他们大战后的间隙中，达成预定的任务，以退为守，以救出黄维兵团为目的。”
11月30日晚上，杜聿明集团刚撤出徐州，粟裕便立即作出部署，予以追击、截击、围歼。到12月4日，将杜聿明的30万人马包围在河南省永城县陈官庄地区，并于3天后全歼企图突围的孙元良兵团。
此前不久，从未与关内解放军交过手的杜聿明对华北“剿总”总司令傅作义说：“东北###将近百万，即将入关，它的战略战术、武器装备及战力远远超过关内###。”然而在东北战场，就杜聿明本人来说并非失败者。1945年10月25日开始，杜聿明率军连克山海关、四平、本溪、长春。到1946年6月，迫使林彪“千里大撤退”，一直退过松花江。因“关内狼烟四起”，“蒋介石捉襟见肘，顿显兵力不足，原拟调往东北的军队被关内战场死死拖住了，东北民主联军获得了极为宝贵的4个月的休养生息时间。”可见杜聿明主动停下攻势，兵力不足是主要原因。1946年12月至1947年4月东北民主联军“三下江南，四保临江”期间，杜聿明总兵力少于东北解放军，但依然能保持攻势，且损失少于解放军。1947年5月至6月的四平之战，他更是大出风头。不仅其部将陈明仁以少击多，保住了四平，而且杜聿明率军前往解围时，迫使林彪再次撤退。直到杜聿明因病于1947年7月8日离开东北，由总参谋长陈诚接替其军事指挥之责后，国民党军在东北战场才逐渐不可收拾。辽沈战役尾期的1948年10月27日，蒋介石再次起用杜聿明，令其布置东北国民党军残部撤退。杜聿明面对林彪的百万大军，以弱势兵力两次运用声东击西的谋略，成功地解救出营口与葫芦岛国民党军5万余人（其中部分国民党军被转运到淮海战场）。然而，仅仅一个月后在中原淮海战场，拥有30万劲旅的他却再也不能顺利施展故技，竟至被只有东北野战军一半兵力的华东野战军包围而无法动弹。也许到此时，他才感觉到关内###的威力与统帅足智多谋的战略战术。粟裕后来谈到淮海战役敌方的指挥时，认为杜聿明这位国民党能将只能在有利条件下打仗，因此在印缅以及东北战场出风头。他说：“杜聿明只能打胜仗，不能打败仗；只能在有利条件下打仗，不能在不利条件下打仗。他在印缅作战时，有美国的供应，出过风头；在东北时，有火车、轮船、飞机源源供应。但这次被我们包围在永城地区，突不出，守不住，被我们全部歼灭。”
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淮海战役第一功臣（下）（7）
中原野战军自11月25日包围黄维兵团后，负责直接指挥作战的刘、陈、邓乐观地估计，3天就可以全歼黄维兵团。粟裕则认为，黄维兵团被合围以后，我军难于以野战手段迅速达成全歼，势将转入以近迫作业为主的阵地攻坚战。黄维兵团比黄百韬兵团装备精良，战斗力较强，3天消灭它是不可能的。果然，中原野战军部队由运动战转为攻坚战，一时不能适应，伤亡较大，５天以来进展依然缓慢。
12月1日，中原野战军司令部的刘伯承、陈毅、邓小平首次与华东野战军司令部粟裕接通电话后，陈毅即请教攻打黄维兵团办法。粟裕详细介绍了近迫作业的战法。此后，刘伯承、陈毅、邓小平决定，“立即使用华野之7纵、13纵（预备队）加入进攻，其战法仍采用碾庄经验”。华东野战军13纵司令员周志坚后来在其1994年6月出版的《峥嵘岁月：周志坚回忆录》中记载：
（1948年）12月4日，我们奉华野首长命令，归中原野战军指挥，参加围歼黄维兵团，具体由中原野战军1纵指挥，接中原野战军2纵原来的防区。接防后，我们又改为中野3纵指挥。部队一接过防地，我就指示立即连夜挖交通沟。在淮海战役第一阶段消灭黄百韬兵团时，我们在野战村落攻坚作战中，在大小宋庄、贺台子伤亡很大，我牢记这个教训，所以在战役第二阶段消灭黄维兵团时，我特别注意到挖交通沟，部队除了负责警戒的部队，全部扛起了洋锹，一夜之间，便在敌人前面组成了纵横交错的交通壕。在双堆集消灭黄维兵团的整个过程中所有接敌阵地，全部采取了这一办法，使部队活动隐蔽，而不至于使部队在开阔地遭敌杀伤。敌人不知道我们接防。5日凌晨，敌85军二个师的兵力向39师阵地疯狂反扑，企图打开一个缺口，突出重围。激战竟日，敌遭受重大伤亡，116团乘势反击，敌人丢了400多具尸体和一些伤员撤退。从俘虏的口供中得知，这天天一亮他们发现我们这里地形变了，军装变了，一打起来，又发现枪声也变了。地形变，是因为我们连夜挖好了网状的交通沟，使地貌变了样；军装变了，是指中野部队穿灰军装，我们华野穿黄军装。枪声变了，我们用的大都是美式武器。敌人经过激烈反击，没有反得动，我们的阵线稳定住了。
此时，华东野战军司令部得到情报：杜聿明向蒋介石建议，从山西、台湾、甘肃抽调几个军到蚌埠，与李延年、刘汝明合股北援；宋希濂兵团已由武汉向浦口开进；蒋介石派他的儿子蒋纬国率领战车部队到蚌埠参战。粟裕分析战场态势，认为南线阻援兵力不足。万一出意外，势将影响全歼黄维兵团的作战。他估计，华东野战军对杜聿明集团作战还需十天到半月时间，可以再抽出部分兵力到歼黄战场，首先集中兵力歼灭黄维兵团。
12月10日，粟裕即致电刘伯承、陈毅、邓小平并中央军委、华东局，主动建议“再由此间抽出一部分兵力，以求先解决黄维（对邱、李暂采大部守势，局部攻势）”。经刘伯承、陈毅、邓小平同意和毛泽东复电同意，华东野战军前委决定，由华东野战军参谋长陈士榘率3纵、鲁中南纵队和特种兵纵队主力，于当天晚上南下参战。这样，就使参加围歼黄维兵团的兵力达到12个纵队零两个旅，解放军在数量上也处于优势地位。
应特别指出的是，陈士榘出发前，粟裕即特别交代，�