在第二、第三野戰軍渡江作戰的同時，第四野戰軍先遣兵團和中原軍區部隊占領武漢以東以西的黃梅、浠水、漢川等地，有力地牽製了白崇禧集團，保障了第二野戰軍渡江作戰的翼側安全。
人民解放軍渡江成功後，4月22日至23日，總前委依據沿江國民黨軍全線南撤的情況，迅速調整進攻部署，令第三野戰軍除以第8兵團所率第34、第35軍擔任鎮江、南京地區的警備任務，以第10兵團第29軍東進占領蘇州並向上海方向警戒外，主力在粟裕統一指揮下分別沿丹陽、金壇、溧陽及太湖西側和南陵、宣城、廣德之線向長興、吳興（今湖州）地區疾進，完成戰役合圍，殲滅由南京、鎮江、蕪湖地區南逃的國民黨軍，第7兵團並準備奪取杭州。同時解除第二野戰軍第4兵團沿江東進的任務，改為與第3、第5兵團並肩向浙贛鐵路沿線挺進，追殲逃敵，控製浙贛鐵路，切斷湯恩伯集團與白崇禧集團的聯係，保障第三野戰軍作戰的翼側安全，另以第10軍擔任安慶、蕪湖地區的警備任務。
各部隊接到命令後，不顧疲勞，不待重火器和輜重到達，克服陰雨連綿、道路泥濘等困難，向指定地區疾進。4月26日，第9兵團主力通過廣德；第10兵團進抵天王寺、宜興一線，並在溧陽以西、以南地區殲國民黨軍第4、第28、第51軍各一部。國民黨軍在人民解放軍的多路追擊下，不敢再沿寧杭公路南逃，改由宜興以西山區直下郎溪、廣德，企圖由此突出重圍，直趨杭州。27日，第10兵團第29軍進占蘇州。第三野戰軍主力會師吳興，將國民黨軍第4、第28、第45、第51、第66軍等5個軍包圍於郎溪、廣德之間地區，經兩天激戰，將其8萬餘人全部殲滅。5月3日，第7兵團占領杭州。第二野戰軍在皖南遊擊隊的策應下，經屯溪、婺源、樂平等地，於5月4日至7日相繼占領浙贛鐵路沿線的貴溪、上饒、衢縣、金華等地，並在追擊作戰中殲國民黨軍第68、第73、第88、第106軍各一部。
在此期間，第四野戰軍先遣兵團和中原軍區部隊，占領孝感、黃陂，逼近武漢。
郎廣圍殲戰後，湯恩伯集團一部逃往福建，主力8個軍25個師共20餘萬人退守上海，在蔣介石親自部署下繼續頑抗。位於武漢地區的白崇禧集團，除以一部兵力遲滯第四野戰軍先遣兵團渡江外，主力準備南撤湘鄂邊界、湘中、湘鄂西地區組織新的防線，企圖阻止人民解放軍南下湖南、江西、廣東、廣西和西進四川。
中共中央軍委和總前委依據戰局的發展，決定以第三野戰軍第7兵團主力向浙江東部和南部進軍，解放浙江省；第8兵團一部兵力繼續擔任南京、鎮江地區警備，並肅清潰散於蘇浙皖邊界地區國民黨軍的任務；第9、第10兵團並指揮第8兵團一部攻取上海。第二野戰軍在浙贛鐵路金華至東鄉段休整，策應第三野戰軍奪取上海，準備對付美、英等國可能的武裝幹涉，並以一部兵力向福建北部、江西中部進攻，準備進占南昌。以第四野戰軍先遣兵團在武漢、九江間待機渡江，占領武漢三鎮。
為求完整地接收中國最大的城市——上海，避免市區遭受戰火破壞，第三野戰軍決定以第9兵團指揮第20、第27、第30、第31軍，第10兵團指揮第26、第28、第29、第33軍，分別經由浦東、浦西實施鉗形突擊，直插吳淞，截斷敵軍海上退路，迫敵投降。如敵繼續頑抗，則對市區發起攻擊，分割、殲滅全部守敵。5月12日，上海戰役開始。至22日，將湯恩伯集團主力壓縮到蘇州河以北地區。第三野戰軍增調第7兵團第23軍和第8兵團第25軍分別加強第9、第10兵團，該兩兵團於23日夜向上海守軍發起總攻。各攻擊部隊采取快速勇猛的動作，多路直插市區和寶山、吳淞。為減輕對市區建築物的破壞，盡量不使用重武器。至27日，完全攻占上海。湯恩伯集團除約5萬人經吳淞口登艦逃跑外，15萬餘人被殲滅。
在此期間，第三野戰軍第7兵團在浙東、浙南遊擊隊的配合下，解放了寧波、奉化、鎮海（今寧波市北部）、溫州、臨海、黃岩等城市和廣大地區。第二野戰軍一部解放江西省南城和福建省建陽、建甌、南平等地；另一部為策應第四野戰軍先遣兵團的渡江作戰，進至江西省豐城、清江（今樟樹）一線，並於22日占領南昌。第四野戰軍先遣兵團於5月14日開始舉行漢潯間渡江作戰，從武漢至九江間橫渡長江。15日，爭取了國民黨華中軍政副長官兼第19兵團司令官張軫率2萬餘人在賀勝橋起義，17日解放華中經濟中心武漢。6月2日，第三野戰軍一部解放崇明島，至此，渡江戰役結束。
渡江戰役曆時42天，人民解放軍以木帆船為主要航渡工具，一舉突破國民黨軍的長江防線，並以運動戰和城市攻堅戰相結合，合圍並殲滅其重兵集團。此役，人民解放軍傷亡6萬餘人，殲滅國民黨軍11個軍、46個師共43萬餘人，解放了南京、上海、武漢等大城市，以及江蘇、安徽兩省全境和浙江省大部及江西、湖北、福建等省各一部，為而後解放華東全境和向華南、西南地區進軍創造了重要條件。