廖耀湘率“西進兵團”出遼西後，於13日占領彰武，15日進占新立屯。錦州失守後，衛立煌認為廖兵團再無西進的必要，應迅速撤回新民，否則又有被解放軍包圍消滅的危險。但蔣介石於10月16日回北平後，連電衛立煌迅速向錦州攻擊，而衛立煌堅決不令廖耀湘繼續西進，又不敢令廖撤回新民。
10月19日，蔣介石在北平召集傅作義、衛立煌和杜聿明開會，討論收複錦州事宜。會上，衛堅持要集中兵力守沈陽，而蔣則非要收複錦州不可。杜聿明認為東北國軍士氣不振，各軍殘缺不全，要打也得經過補充整訓，才可以相機對錦州攻擊。蔣說：“我們有空軍優勢、炮火優勢，為什麼不能打？我認為可以打！”杜鼓起勇氣問蔣介石：“校長看收複錦州有幾成把握？”蔣說：“六成把握總有。”杜覺得蔣介石似乎老糊塗了，有六成把握就想同解放軍決戰。於是引孫子兵法說：“廟算勝者得算多，廟算不勝者得算少，多算勝，少算敗。現在我們算到六成，隻會失敗，不會勝利。”但蔣執意收複，強令廖耀湘兵團以營口為後方全力攻錦州，劉玉章第52軍先占領營口掩護後方。同時，蔣介石又任命杜聿明為東北“剿總”副總司令兼冀遼熱邊區司令官，指揮葫蘆島、錦西部隊向錦州攻擊。蔣並說：“你們對共匪作戰都喪失了信心，我料定隻要我軍主力從沈陽出來攻擊，與葫蘆島各軍南北夾擊，共匪必退，我們就可以收複錦州。萬一把共匪打不退，有52軍占領營口掩護後路，再令廖耀湘撤退也不晚。”
就在長春即將解放之際，毛澤動認為，東北野戰軍下一仗以向南打錦西、葫蘆島之敵為有利。但林彪認為，如攻錦西，須準備在海岸邊與敵12個師作戰，地區狹窄，自己大兵團用不上，敵則扼原有強固工事抵抗，戰鬥不能很快解決，而廖耀湘西進兵團則可能乘虛進占錦州，對己不利。因此，林彪於19日致電軍委建議：“如廖耀湘仍繼續向錦州前進時，則等其再前進一步後，再向其進攻。但有若幹跡象廖不再前進，或有向沈陽、營口撤退的情況時。則立即迅速包圍廖兵團，以各個擊破的方法，將其全殲，使之不能退回沈陽和退至營口。”毛澤東最擔心的就是擁有大量精銳部隊的廖耀湘兵團從營口逃跑，所以他完全同意首先將該兵團圍殲在遼西沈、錦之間，立即複電林彪，要求“既本此方針，即刻動手布置，鼓勵全軍完成任務。”
10月20日，林彪發布作戰命令：劉震第2縱隊、韓先楚第3縱隊、鄧華第7縱隊、段蘇權第8縱隊、詹才芳第9縱隊、李天佑第1縱隊及第6縱隊第17師和炮兵縱隊，立即由錦州地區隱蔽向新立屯、大虎山、黑山方向疾進，從兩側迂回包圍廖耀湘兵團；萬毅第5縱隊、黃永勝第6縱隊分別由阜新、彰武地區南下，切斷廖耀湘兵團往沈陽的退路；梁興初第10縱隊和第1縱隊之第3師由新立屯東北地區後撤至黑山、大虎山地區，構築工事，堅決阻敵前進，以爭取時間等待主力回師，爾後配合主力部隊圍殲敵軍；吳克華第4縱隊、賀晉年第11縱隊在塔山地區繼續阻擊錦西方麵敵軍，保障主力作戰安全；獨立第2師以4天時間趕到營口，切斷敵軍海上退路。23日，林彪又電令第10縱隊：“務使敵人在我陣地前屍橫遍野而不得前進。隻要你們堅守3天，廖耀湘西進兵團必遭全殲！”
10月23日9時，廖耀湘兵團向黑山、大虎山發起猛攻。東野第10縱隊司令員梁興初命令各師：“死守3天，不讓敵人前進一步！”第10縱隊將士以與陣地共存亡的決心，進行頑強的抗擊，寸土必爭。經過3天激戰，10縱隊守住了黑山、大虎山陣地，使廖耀湘兵團失去了西進的可能和南撤的寶貴時間。廖耀湘以5個師的兵力連日攻擊黑山、大虎山陣地受挫，使他西進攻打錦州的決心動搖，遂於25日晚下令向東南營口方向撤退，但行至台安附近便遭東野第8縱隊第23師和正奉命由盤山北進的獨立第2師阻擊，廖耀湘誤以為是共軍主力，又於26日按衛立煌的命令向東撤回沈陽，卻被黃永勝的第6縱隊堵住去路。至此，廖耀湘兵團10萬人馬全部陷入東野數十萬大軍的重重包圍。廖耀湘走投無路，仰天長歎：“10萬精兵啦！老天呀！”