和169师及兵团重炮部队，于27日拂晓沿大虎山至新民铁路向沈阳撤退。在老大房地段渡过辽河。重炮和车辆如果带不走，可以毁弃。潘接受命令时也很痛苦，声音颤抖地说：“我将尽我的能力去做。”
10月27日是廖耀湘兵团全军覆没的日子。26日下午林彪命令各纵队：“六纵已在二道境子以南地区击溃敌人，现敌已成混乱。我各部队速向二道境子、半拉门方向猛追，乘机歼敌。”夜晚二十一时，林彪又命令各部队：
一、今夜及明日、后日各部队均应勇敢主动寻敌攻歼。
二、应集中主力各个击破敌，最好以三个师围敌一个师，以二、三个团歼敌一个团。
三、应各抓住一股敌人，先包围后，经过几小时准备再发起攻击；对溃退的敌人立即发起冲锋。
最后的总攻开始了。一纵、十纵从黑山向胡家窝棚，二纵、五纵向无梁殿、半拉门，三纵、六纵向厉家窝棚，七、八、九纵向姜家屯，把廖耀湘兵团十万大军包围在方圆几十里的狭小范围内，进行分割围歼。各纵队都下了命令：今夜不许吃饭、睡觉和休息，哪里有敌人就往哪里打，哪里有枪声就往哪里追。各纵队发起攻击后，枪声、炮声、喊杀声震天动地。国民党军溃不成军，根本无法组织战斗。廖耀湘等随新6军军部和22师行动，在一片开阔地被解放军隔断包围。东边枪响，人群往西逃；西边枪响，人群又往回跑。廖耀湘、杨、李涛等坐在吉普车上，颠颠簸簸坐不住，又下来跟着汽车跑。只见大炮、卡车、辎重被扔得到处都是，官兵们四下溃散。
杨等分头向人群大喊：“你们不要跑，组织起来吧，帮我们突围出去！司令官、军长都在这里，你们保护着出去，要官有官，要钱有钱啊！”此时谁还理睬他们，顾命要紧。廖耀湘等眼睁睁地看着22师逃散，只剩他们几个人不知如何是好。最后也只好分散开，各自逃命去了。此时的战斗，已经不分前方后方，一线二线，各纵队的建制也跑乱了。27日一天林彪没有再下达命令，把权力下放各部队。解放军人人上阵，捉俘虏、缴武器，忙得不可开交。这天有三四百国民党军骑兵闯到六纵司令部驻地的村子，六纵全体机关人员，包括男女宣传队员、医生护士，人人投入战斗。国民党军反而惊慌失措，人马全部被俘。这一天六纵总共俘虏两万人之多。
27日十七时，林罗刘向中央军委和东北局发出告捷电报：“廖耀湘兵团五个军已全部被包围和击溃。已俘敌数万，俘虏中已查出副军长一名、师长一名，目前正猛烈扩张战果中。”毛泽东于23时回电，表示“极为欣慰”。并要他们指挥部队向沈阳、营口进军。10月28日早晨，围歼廖耀湘兵团的战斗基本结束。各纵队陆续退出战斗，清理战场。算起来，他们连续战斗了四十多小时，如果加上行军时间就更长了。战斗中猛烈追杀和胜利的高度兴奋，使指战员们忘记了疲劳和饥饿。战斗结束后，五纵14师41团王团长在刘屯向老百姓买了一只鸡，收拾好用面粉裹住油炸，做了个香喷喷的“虎头鸡”，请吴瑞林副司令员和师政委丁国钰来尝个鲜，大家喝杯庆功酒。几个人围在一起津津有味地吃起来，王团长刚吃了几口，手里的筷子不觉滑落到地下，趴在桌子上打起了呼噜。大虎山以东的辽西平原，硝烟散去，又恢复了平静。解放军战士在村里村外收集战利品，拉大炮、推汽车，一箱箱弹药堆积如山，垂头丧气的国民党军俘虏，排着长长的队伍，被押送到后方。成千上万的民工在地方政府组织下，帮助部队运送伤员，搬运物资，掩埋阵亡者的尸体。一大批国民党军高级将领被解放军俘获。49军军长郑庭笈带着195师一个团，27日在厉家窝棚从上午打到夜里，也没有突出去。28日凌晨他带着师长和少数随从想过辽河逃往沈阳，走了二十多里被七纵俘获。71军军长向凤武混在俘虏群中，也在台安被解放军查出。廖耀湘、李涛带了部分卫兵仓皇逃命。周围村庄都已被解放军占领，廖为了缩小目标，遣散了卫兵，与李涛、22师副师长周璞等躲在一个洼地里，等到天黑再行动。他们向南徒涉绕阳河，周璞不慎掉进一个深坑，大呼救命，招来了解放军的巡逻队，李涛又跑散了。天亮后廖耀湘、周璞走进一个村庄，没想到村里也住满了解放军，幸亏天还不太亮，他们躲过哨兵，又钻进一个高粱秆堆里藏身。白天他们看着解放军大部队向各个方向行军，等解放军过完了，他们才找当地农民用钱换便衣和吃的东西。廖原打算逃回沈阳，走到辽河边上，听说沈阳已经解放，遂决定掉头往回走，进关去找出路。他们混在逃难的老百姓中，走走停停，11月6日到了黑山西南的中安堡。辽西围歼战结束后，东总政治部就给各部队发出电令缉拿廖耀湘。并指出廖是湖南口音、矮胖、眼睛近视。这天，驻在中安堡的解放军某部后勤部的战士发现街上来了两个身穿破衣、肩披麻袋的“南方商人”，其中那个头发花白的胖子，特征与通缉令上说得一样。后勤部将两人扣留，李股长负责审问。矮胖子自称姓胡，在沈阳做生意，战乱中被人抢了，只好逃难回老家。这些话当然骗不了人，李股长命令把他送警卫连看管，却把周璞给放了。到了连里，连部卫生员是个解放战士。他指着廖问：“你不是廖耀湘吗？在西安阅兵时你还给我们讲过话呢！”廖慌忙否认，脸涨得通红。警卫连林指导员看在眼里，心想八九不离十了。行军时廖将帽檐拉得盖住脸，只露两只眼，生怕原国民党军士兵认出他来。林指导员劝告他：“你最好自己承认，不然新解放的战士也能认出你来。”他还是否认，并乞求给他开通行证，放了他。后勤部让他坐卡车，司机是新解放战士，一看就说：“没错，他就是廖耀湘！”在无法抵赖的情况下，廖耀湘终于低头承认了自己的身份。＇1＇新6军军长李涛是最后被俘获的。他与廖耀湘失散后，装成“乞丐”东躲西藏近半个月，11月14日，他穿着破棉裤经过北镇南关，见到解放军岗哨就躲躲闪闪。卫兵见其形迹可疑，上前盘问，一听他是南方口音，立即将他扣留，送到政治部去。李涛又累又饿，看到桌上的高粱米饭，抓了一把就往嘴里塞。审讯时他自称是铁岭县政府文书，但是要他写出县政府科长以上名单时，他犹豫半天写不出来。干部问他：“你看这次东北解放军打得好不好？”他马上回答：“贵军战术颇佳，装备优良。”满口的军事术语，更暴露出他的身份。当干部向他要证件时，他脱口而出：“丢在胡家窝棚了。”干部向他交代政策，告诉他廖耀湘就是刚刚在这附近被俘的，现在很平安，要他坦白承认。这位“文书”双手颤抖，含着眼泪请求给他换身军官服装，承认自己就是李涛。东北国民党军最精锐的廖耀湘兵团，除新1军军长潘裕昆、新3军军长龙天武带少数残部冲出重围，在新民乘火车逃回沈阳外，就这样全军覆灭了。短短的三天辽西大会战，表现出东北野战军灵活机动的战略战术，猛打猛冲的战斗作风和连续作战、不怕牺牲、不怕疲劳的顽强精神。是东北解放战争中打得最漂亮的一仗。偌大一个国民党战略机动集团，因为蒋介石的错误决策和最高统帅部的迟疑不决，长时间徘徊，无用武之地，失去了战机和撤退的时间，再加上廖耀湘临阵慌乱，导致陷入解放军合围，不能组织有效的抵抗，陷入混乱而被分割歼灭。对胜利者来说，这是解放军战史中一次成功的大兵团运动战的范例，对失败者来说，也有深刻教训可以总结反思。
歼灭廖耀湘兵团后，林彪指示七、八、九纵南下解放营口和辽东半岛，一、二、十二纵向沈阳急进，解放这个东北最大的城市。10月27日以后，卫立煌就再没得到廖耀湘的报告，急得派出飞机到辽西上空侦察，只见地面上一片混战，卫立煌知道廖兵团算是彻底完了。28日上午，新1军军长潘裕昆、新3军军长龙天武率少数残兵，疲惫不堪地逃回沈阳。听了他们的报告，卫立煌愤慨地骂道：“我早就向委员长说过，一出辽西走廊就会全军覆没，他不相信。我画个十字，他也不信。现在你们看，我不是说中了吗？”大家你一言我一语，然而一切牢骚都已无济于事，他们都清楚大势已去，问题是如何逃生。杜聿明在葫芦岛也是忧心如焚。30日蒋介石命令他去沈阳布置防务，当他飞到沈阳上空时，空军通知地面机场已经失控，千万不要降落。杜无可奈何地飞向北平，在机场正遇到蒋介石。杜向蒋汇报了东北的情况，蒋窘态毕露，沉默不语，只是要杜回葫芦岛等命令。空军司令王叔铭请示蒋：“是不是把卫先生接出来？”蒋答：“叫他到葫芦岛指挥。”说完就登机飞回南京去了。此时的沈阳一片混乱，国民党军政大员纷纷收拾金银细软，准备逃命。卫立煌把沈阳防务交给第八兵团司令周福成，于30日下午与参谋长赵家骧等乘汽车赶往东塔机场。机场上挤满了想要逃跑的国民党军政官员，吵吵嚷嚷，乱作一团。等了约一小时，降落了两架运输机。卫立煌在卫兵保护下第一个登机。参谋长赵家骧和军长潘裕昆、龙天武等也争先恐后地爬上飞机。这时秩序大乱，人们你争我挤，卫立煌的副官把守舱门，把从舷梯往上爬的人一脚一个都踹下去。有的爬上飞机翅膀赖着不动。赵家骧见无法起飞，急中生智，在舱门口向下喊道：你们不要着慌，马上有四架飞机来到。他假装宣布名单，哪些人乘第一架，哪些人乘第二架。然后又说：等一会飞机来了，都按排定的次序登机，我保证大家都走得了，不要乱抢！这一着果然把飞机下面的人都蒙住了，飞机翅膀上的人也下来了。于是飞机立即起飞。黄昏时飞机在葫芦岛降落，杜聿明、侯镜如前去迎接�