劉伯承、陳毅、鄧小平下達總攻黃維兵團的命令，要求各部隊應不惜以最大犧牲來保證完成任務。中原野戰軍和華東野戰軍一部組成東、中、西三個集團，以雷霆萬鈞之勢，向黃維兵團發起了有重點、多方向的連續突擊。華東野戰軍再抽出一部兵力，參加殲滅黃維兵團作戰。饑寒交迫，第85軍23師師長黃子華率殘部投誠。劉伯承、陳毅發出了《促黃維立即投降書》，不料黃維拒絕投降，還施放毒氣，進行頑抗。以南集團為主，東西兩集團相互配合，三路大軍直攻黃維兵團指揮中心雙堆集核心陣地。華東野戰軍“洛陽營”與中原野戰軍“襄陽營”合力殲滅黃維兵團“威武團”。黃維兵團全軍覆沒，李延年、劉汝明兵團全線潰逃。
1總攻的時候到了
劉伯承、陳毅、鄧小平下達了總攻黃維兵團的命令。中原野戰軍第9、11縱隊和豫皖蘇獨立旅，曆經三戰拿下張圍子陣地。黃維兵團的官兵都說：“嘉獎令”實際是個“催命符”。
廣大人民全力支援解放戰爭，並送優秀青年上前線12月3日，劉伯承、陳毅和鄧小平率總前委指揮所從小李家村轉移到紀家。
近三天來，中原野戰軍各部隊都加強了近迫作業，並在局部發起攻擊，但是全殲的隻有國民黨軍一個團（缺一個營）。國民黨軍則抽出幾個主力團在數輛或十多輛坦克掩護下，集中力量破壞中原野戰軍各項攻擊準備，但是每次進攻都被擊退。目前，估計國民黨軍已損失三萬人左右。劉伯承、陳毅和鄧小平判斷，黃維兵團各部中還有能力突圍的，不過六個團了。因此，他們決定立即使用華東野戰軍第7、13縱隊加入進攻，在戰法采取碾莊經驗，發動有重點的多麵攻擊。考慮到黃維兵團緊縮戰線，進行頑抗，全殲該兵團還需要幾天時間。
4日下午4點，中央軍委致電中原野戰軍和華東野戰軍，指示：攻打強敵必須用強攻的方法。軍委指出：“黃維兵團近半數部隊都被殲滅，33個團已經損失了16個團，還剩下17個團。現在戰局處於一個拐點上，非常關鍵。隻要你們再殲滅黃維兵團三四個團，那麼黃維兵團在數量上就完全處於劣勢地位了，最後全殲該敵就比較容易了。”
5日11點5分，劉伯承、陳毅、鄧小平下達總攻黃維兵團的命令：
一、黃維兵團經過我軍半個多月的打擊，總兵力至少損失了三分之一，戰鬥部隊至少損失了五分之二，其兵團主力第18軍（包括18師）也已經殘破。這是我軍各部隊英勇作戰的重大結果。
二、根據總的作戰要求及當麵實際情況，頒發命令五條如下：
1．從明日午後4點半起開始全線發動對黃維兵團的總攻擊，任何部隊不得以任何理由延遲攻擊。
2．中原野戰軍第4、第9、第11縱隊及豫皖蘇獨立旅組成東集團，由陳賡、謝富治指揮，作戰任務是殲滅沈莊、張圍子、張莊地區的黃維兵團部隊。中原野戰軍第1、第3縱隊和華東野戰軍第13縱隊組成西集團，由陳錫聯指揮，作戰任務是殲滅三官廟、馬圍子、玉王廟、許莊地區的黃維兵團部隊。中原野戰軍第6縱隊、華東野戰軍第7縱隊和陝南軍區12旅組成南集團，由王近山、杜義德指揮，作戰任務是殲滅雙堆集以南玉王廟、趙莊及以西前周莊、周莊、宋莊的黃維兵團部隊，並各控製上述地區，然後總攻雙堆集，全殲黃維兵團。
3．總攻戰鬥發起後，各部隊應進行連續攻擊，直到達成作戰任務為止，不得停止或請求推遲。
4．各部隊應不惜以最大犧牲來保證完成任務，並且要及時主動地協助友鄰部隊爭取勝利。
5．對於臨陣動搖貽誤戰機的分子，各兵團、各縱隊首長有執行嚴格紀律的權力，不得姑息。
三、本命令用口頭直達連隊。
12月6日下午4時30分，發起總攻的時刻到來了。東、中、西三個集團十多萬兵力，以雷霆萬鈞之勢，向黃維兵團發起了有重點、多方向的連續突擊。
中原野戰軍第3縱隊司令員陳錫聯負責指揮西集團，向雙堆集以西地區進攻。
陳錫聯與中原野戰軍第1縱隊司令員楊勇、華東野戰軍第13縱隊司令員周誌堅分別通了電話，各自談了本縱隊麵對的敵情、作戰特點以及本縱隊的作戰實力、作戰情況等。他們三人就縱隊間的作戰協同、相互支援、接合部保障等問題進行了具體商討。
陳錫聯命令：7旅19團向東馬圍子強攻，8旅22團向西馬圍子強攻，25團佯攻中馬圍子。
12月6日午後4點半，全線總攻發起。在一番火力急襲之後，19團6連冒著炮火，一舉突破國民黨軍陣地，5、7兩連乘勝投入戰鬥，進一步擴大戰果。經過1個小時激戰，俘虜國民黨軍100多人。
但是在向國民黨軍陣地縱深發展過程中，部隊遭到國民黨軍炮火襲擊和暗堡火力封鎖，一時間傷亡較大，2營正副營長先後犧牲。並且，國民黨軍乘2營立足未穩，從大王莊和西馬圍子各抽出1個連發起反衝擊。
2營馬上調整部署，抗擊國民黨軍的反衝擊。雙方拚得你死我活，戰鬥異常激烈。7連2排在排長李家海指揮下，連續擊退了國民黨軍1個連的3次衝擊。李家海身負重傷，但是堅持不下火線，繼續指揮全排英勇戰鬥，直至流盡了最後一滴血。打到最後，2排隻剩下2名新戰士和3名傷員了，但是他們保住了陣地。
19團命令3連投入戰鬥，和5連一起反擊國民黨軍。在戰鬥過程，國民黨軍大量使用火焰噴射器、燃燒彈，再加上炮兵火力的襲擊，陣地立刻成了一片火海。
為了避免不必要的損失，19團於拂曉撤出戰鬥。
這時，22團1、2營分別占領了馬圍子正北、西北突出部的國民黨軍陣地，摧毀了工事和暗堡，俘虜一部分國民黨軍，繳獲3挺輕機槍。中原野戰軍第3縱隊擔任主攻馬圍子的某部6連在前沿陣地上但是1、2營官兵繼續向國民黨軍主陣地衝擊時，遭到國民黨軍各種火力猛烈襲擊，一時前進受阻。22團又投入了第2梯隊，可是由於與突擊隊擁在一起，正好成了國民黨軍的火力靶子，官兵傷亡很大，隻得退出戰鬥。
中原野戰軍第4縱隊處於東集團編成內，攻殲的對象是黃維兵團第14軍。總攻開始後，中原野戰軍第4縱隊幾十門重炮和拋射筒一齊開火，成排的炮彈和大量炸藥源源不斷傾瀉到國民黨軍陣地上。30分鍾後，第4縱隊各旅發起了衝擊，從多個方向猛插國民黨軍陣地。29團隻用了五分鍾就突破了國民黨軍西北陣地，迅速插入了國民黨軍集團工事，還攻占了國民黨軍炮兵陣地。
28團3連一下子衝擊到國民黨軍設置的鹿砦前，和兩個連的國民黨軍激戰在一起。國民黨軍使用了火焰噴射器，企圖用火網阻擋3連官兵的進攻。戰士王小四被火焰噴射器噴中，衣服都燒了起來，但他顧不得撲滅身上的火，英勇地朝國民黨軍衝去。3連連長不幸中彈犧牲，指導員繼續指揮戰鬥，向國民黨軍陣地猛烈衝殺。國民黨軍也發瘋似地拚命阻擊。在三次衝鋒之後，3連隻剩下一個班的兵力了。戰士們怒吼著，向國民黨軍陣地發起了第四次衝鋒，終於突入國民黨軍陣地。28團1連迅速從3連左側投入戰鬥，向國民黨軍核心陣地發起攻擊。
這時，31團和32團2營也相繼突破國民黨軍前沿陣地，繼續向縱深發展。
終於，經過一個半小時的攻堅戰鬥，第4縱隊勝利攻占李圍子，殲滅國民黨軍第10師師部和兩個團。
攻占了李圍子，就相當於在黃維兵團整個防禦體係中打開了一個口子，打碎了它的外殼。這也是總攻擊發動以來第一次大規模的陣地攻堅作戰，經驗非常寶貴。第4縱隊司令員陳賡指示部隊迅速進行戰鬥總結。司令部通報了作戰的經驗教訓。
第4縱隊馬不停蹄繼續戰鬥。陳賡指揮4旅、13旅、22旅共四個團的兵力，對盤踞沈莊的國民黨第14軍85師（欠255團）展開攻擊。11旅對附近楊圍子、楊莊的國民黨軍進行火力壓製，支援沈莊戰鬥。
第4縱隊以前攻擊過沈莊兩次，但都沒有成功。這次，全縱官兵上上下下憋足了一鼓勁，決心打個翻身仗。各部隊還迅速接受了前兩次受挫的教訓和李圍子作戰的經驗，進行了針對性的準備。10旅和13旅在火線上及時進行了組織調整和“立俘立補”工作。為了精簡力量，增強突擊能力，10旅將每團3個步兵營9個連縮編為2個營6個連。
8日下午5點，攻打沈莊的戰鬥正式打響了。
38團突擊隊與預先潛伏在國民黨軍陣地前沿的9連1班緊密配合，一舉突破國民黨軍陣地前沿，29團、30團、66團迅速跟進，共同向國民黨軍縱深陣地穿插分割。
勝利比預想的來得要快。兩小時激戰過後，第4縱隊攻克沈莊，全殲國民黨軍85師師部和兩個團，俘虜國民黨軍1200多人，其中包括第85師代師長潘琦。令人驚奇的是，第4縱隊自身傷亡還不到20人。
作為南集團，中原野戰軍第6縱隊、陝南第12旅和華東野戰軍第7縱隊在王近山和杜義德統一指揮下，承擔著殲滅雙堆集以南、玉王廟、趙莊以西的國民黨軍，爾後配合東西集團總攻雙堆集、全殲黃維兵團的重任。
中原野戰軍某部12旅突擊隊由交通壕向楊莊、沈莊、楊圍子之敵運動12月6日5點，在炮火準備之後，王近山和杜義德指揮南集團各部隊對當麵國民黨軍陣地發起了攻擊。國民黨軍陣地外圍據點李土樓和小周莊成為第一個攻殲目標。華東野戰軍第7縱隊19師全體官兵奮勇拚殺，迅速占領小周莊，全殲防守的國民黨軍，俘虜國民黨軍副團長以下600多人。他們的戰場表現得到了王近山和杜義德的表揚。要知道，19師剛接防不到3天，戰前幾乎無法做較為充分的作戰準備，在進攻發起時交通壕和進攻出發陣地都沒有構築好，在這種情況下向國民黨軍進攻是很危險的。可是，第19師官兵為了戰役全局，為了密切協同中原野戰軍第6縱隊進攻李土樓的戰鬥，堅決克服了存在的種種困難，以極大的戰鬥勇氣按時發起了攻擊，表現出高度的組織紀律性和全局觀念。
中原野戰軍第6縱隊第18旅52團和陝南第12旅34團主攻李土樓。第18旅52團在炮火掩護下，迅速從村東北角突破國民黨軍前沿陣地，猛打猛衝，很快把國民黨軍分割開來。第12旅第34團從西南方向發起突擊，在穿過村外水塘時意外受阻。團領導當機立斷，派出一部兵力繞道從側翼插入國民黨軍陣地，援助正麵突擊部隊的進攻。第18旅52團和陝南第12旅34團協同作戰，很快全殲了國民黨軍第23師69團1個營及1個連，占領李土樓。
8日早上，國民黨軍糾集部隊，對李土樓發起了反擊。接替李土樓防務的第12旅35團頑強堅守陣地，先後打退了國民黨軍發起的6次衝擊。