10月17日，中共中央東北局就召開了臨時全體會議，根據錦州解放和長春六十軍起義後的東北戰場形勢，認為沈陽地區國民黨軍有“變為長春第二”的可能。因此提出加強“敵軍工作委員會”的工作，加強對沈陽及其周圍據點國民黨軍的政治爭取工作。並且指示：遼寧、遼北、安東三省及中共地下黨組織應“利用一切關係及辦法瓦解敵軍”。
防守沈陽的五十三軍原是一支東北軍部隊，一向受蔣介石嫡係部隊歧視和排擠，所部軍官大多數是東北人，士兵也以東北人居多。國民黨五十三軍被調到東北戰場後，中共中央東北局、東北軍區即采取各種形式做該軍將領工作。呂正操、於毅夫等以東北軍舊僚身份給五十三軍將領寫信，勸其把握時機，率部起義。
1948年5月間“東總”將冬季攻勢中俘虜的五十三軍一一六師師長劉潤川等軍官釋放回沈陽並托其攜帶呂正操的親筆信給五十三軍軍、師長。信中規勸說：“東北淪陷，家鄉塗炭，十幾年來無人挽救。日寇降後方期重見天日，不料內戰又荼毒生靈，是非進止，早在洞鑒。兄舉足重輕，蹺希以待。”敦促其認清形勢早日站到人民這邊來。
同時，中共中央東北局還派遣地下工作人員潛入五十三軍內部進行策反工作。在人民解放軍兵臨城下，沈陽城破在即之時，五十三軍各部及新一軍暫編五十三師等部均有棄暗投明之心，並通過各種渠道與解放軍接洽起義、投誠。
但是，負責沈陽防守總責的國民黨八兵團司令官兼五十三軍軍長周福成卻執迷不悟，決心與解放軍作對到底。
青年軍二○七師是一支國民黨軍“黨化”部隊，也拒絕放下武器，以期作最後掙紮。
東北野戰軍首長決心以軍事打擊迫使沈陽頑固派守軍放下武器，徹底解放沈陽。
11月1日下達了總攻命令。
具體部署是：由二縱隊司令員劉震、政治委員吳法憲統一指揮一、二縱隊，從沈陽以西和西北麵突破；由一兵團司令員蕭勁光、政治委員蕭華指揮獨立一、三、四、十二、十三師，從東麵和北麵突破；十二縱隊由南麵突破。
11月1日拂曉，各攻城部隊於20分鍾內突破國民黨守軍第一線陣地。國民黨新編一軍暫編五十三師經解放軍爭取，與東北野戰軍獨立二師取得聯係，經中共遼北省委和遼北軍區首長同意，在該師師長許賡揚率領下，於11月1日上午宣布起義，隨即該師開到市郊新城子集結。
10時二縱隊和十二縱隊一部攻入國民黨守軍主要設防區鐵西區，戰至12時，東北解放軍全部占領鐵西區，殲二○七師一旅、暫編五十九師（由新三軍逃往沈陽的殘部編成）及裝甲兵團8個連。一縱隊於12時突破國民黨二○七師陣地，俘敵8000餘人。十二縱隊主力於19時攻占城南機場，殲二○七師及守備總隊各一部。由城東和城北突破之各獨立師進占中央大街、聯合總兵工廠、九一八倉庫，控製小北邊門及大、小東邊門。在東北解放軍強大的軍事攻勢打擊和政治爭取，以及沈陽市內一些民主人士宣傳與鼓動的積極配合下。剩餘國民黨守軍再也無心組織抵抗，整師整團向解放軍請降。
在東北解放軍攻城部隊未到之處，國民黨的守軍建製部隊也都或集結於大建築物內等待，或派代表尋找解放軍受降。國民黨重炮十一團官兵將18門美式一五五榴彈炮完整無損地交給解放軍時說：“這是國家的財產，現在我們把它交還國家。”
國民黨汽車十一團全部車輛擺好隊形，司機端坐車上，等待解放軍接收。
國民黨守備二總隊司令秦祥征對前來接收的解放軍說：“你們今天來繳也行，明天來繳也行，反正我們等著就是。”
國民黨五十三軍官兵，在副軍長趙國屏及師長王理寰率領下宣布投誠。
發誓與沈陽共存亡的周福成被迫放棄指揮，躲入大西門裏世合公銀行。他於11月1日中午率國民黨中將高參蘇炳文等300餘官兵從銀行大樓出來投降。