26日，戰事正酣。黃維突然派人把廖運周叫到兵團部，提出了他準備集中4個主力師全力突圍的計劃。廖運周一聽，不禁倒吸口涼氣：黃維的這招果然厲害。如果集中4個主力師全力突圍，很有可能一舉突破解放軍的防線。他心念至此，忽生一計。說道：“司令長官的計劃果然高妙，我一一O師愿意在最前方做先鋒，打頭陣。”黃維一聽，當即欣然同意。

廖運周回到師部后立即派人穿過火線去將情報報告中野首長，請求突圍時我軍突然散開，等一一O師通過后，組織火力堵擊后續的敵軍。中原野戰軍立即同意了起義計劃。

27日，黃維按計劃組織突圍，一一O師迅速進入我軍陣地，后續敵軍正準備跟上時，發現“缺口”突然不見了，陣地上布滿了解放軍將士，頓時傻了眼。我中野第六縱隊和陜南十二旅抓住戰機，向敵人猛烈開火，敵人一片片地倒下。敵人見一一O師反戈，頓時軍心大亂。黃維精心組織的突圍計劃化為泡影。

28日，黃維再次組織大規模的突圍，又以失敗而告終。多次突圍無望，黃維被迫調整部署，固守待援。我軍見敵人調整部署，也及時改變了作戰方法，采取掘壕前進、迫進作業的攻堅戰術，實施穩扎穩打，逐點攻擊，攻占一村、鞏固一村，緊縮包圍圈。至12月2日，黃維兵團被壓縮在以雙堆集為中心的縱橫5公里的狹小地區內。

6日，我軍向黃維兵團發起總攻，各縱隊集中優勢兵力，實行有重點、多方向的連續突擊。雙方鏖戰至14日，黃維兵團的核心陣地和兵團指揮中心已完全暴露。

15日黃昏，敵人組織向西突圍。我軍立即分路追殲逃敵，失去指揮的殘敵亂作一團，紛紛向我軍投降。到15日午夜，黃維兵團全部被殲。中將司令官黃維、副司令官吳紹周、第18軍軍長楊伯濤、第10軍軍長覃道善等被俘。第14軍軍長熊綬春被擊斃。只有副司官胡璉乘戰車潛逃。蔣介石寄予重望的一個王牌兵團就這樣葬送在人民戰爭的海洋之中，淮海戰役第二階段勝利結束。活捉杜聿明

蔣介石眼見黃維兵團被圍，自己“三路會師，打通徐蚌”的計劃全部泡湯，心急如焚卻又不知所措。11月28日，他召來自己的愛將杜聿明，在南京召開軍事會議。杜聿明建議立即放棄徐州，以保存實力。萬般無奈的蔣介石采納了這一建議，并令杜聿明親自組織撤退，務必將徐州的3個兵團安全帶出來。

杜聿明回徐州后立即召集各兵團司令官開會，傳達了蔣介石放棄徐州的命令。他對眾將提出了“撤即不能打，打即不能撤”的原則，要求各部在撤退中采取“滾筒戰術”行進，即各兵團形成一個圓球或圓筒式態勢，以免被解放軍包圍。