这一天，北路的解放军第7、10、13纵队与南路的第11纵队和江淮军区两个旅在东大庙、侯集会合，完全切断黄百韬兵团的退路。第2、12纵队和中野11纵在宿迁渡过运河，从东南逼近徐州。

　　至此，华野将黄百韬兵团余部四个军包围压缩在碾庄为中心，南北约三公里、东西约六公里的狭窄区域里。 　　

　　黄百韬兵团被围歼

　　华野的行动，使刘峙错误判断为解放军将要攻取徐州，他急令邱清泉、李弥兵团向徐州集中。在黄百韬兵团被围后，蒋介石严令减少徐州守备兵力，集中主力向东解黄百韬之围，并从东北葫芦岛将杜聿明派到徐州，负主要指挥之责。杜聿明到徐州后立即提出两个方案：(一)以黄百韬坚持七到十天，在这期间，以李弥兵团守徐州，以邱清泉、孙元良兵团会合东进的黄维兵团，计九个半军先攻击徐州西南的中野主力，再回师向东，解黄百韬之围。(二)以孙元良兵团守徐州，集中邱清泉、李弥兵团全力向东解黄百韬之围。刘峙认为第一方案太冒险，黄百韬兵团能否坚持七到十天是关键，如果黄百韬兵团坚持不了七到十天就被消灭，攻击中野的主力和守徐州的部队都将面临极其被动的局面。所以决定实施第二方案。11月11日下达命令，以孙元良的第16兵团及剿总直属第72军守徐州，邱清泉、李弥兵团共五个军十六万人附坦克四十辆从团山展开，向碾庄攻击前进，以第74军和独立骑兵旅位于九里山为总预备队。各部于11日集结完毕，12日开始行动。

　　邱、李兵团的出发地距碾庄仅四十公里，所以解放军的阻击部队只能在三十公里纵深内组织防御。这一地区，除了有几座标高一两百米的小山外，全是开阔的平原地带，对于国民党军而言，是有利于发挥其火力优势和机械化部队、坦克的机动。解放军依托山头，村落，采取有重点的纵深梯次配置，进行坚守防御。

　　11月12日，徐州剿总调整建制，将李延年的第9绥靖区改为第6兵团，辖第39、99军和刚从葫芦岛撤下来的54军，刘汝明的第4绥靖区改为第8兵团，辖55军和68军，这两兵团在蚌埠集结，沿津浦路北上。

　　上午邱清泉兵团展开三个师于陇海路以南，李弥兵团展开两个师于陇海路以北，共五个师在十四辆坦克、二十余架飞机掩护下，向碾庄猛攻。

　　华野为保障主力消灭黄百韬兵团，以第10纵队司令宋时轮、政委刘培善统一指挥第7、10、11纵队在徐州以东大许家地区沿陇海路两侧组织防御，抗击邱、李兵团;另以苏北兵团司令韦国清、副政委吉洛统一指挥第2、12和中野第11纵队，在徐州东南攻击邱、李的侧后，协助宋、刘的正面防御。

　　天亮前，第10纵队已占领李家集、侯集、大张圩至不老河一线，并用炮火控制徐州机场;第7纵队占领大许家至单集一线;第11纵队占领李农井至邓家楼一线。各纵迅速构筑了工事，布置了火力。天亮后在距碾庄约四十公里的团山、张楼一线，第7、10纵队与邱、李兵团的第一梯队激战竟日，顽强顶住了国民党军第一天的进攻。

　　11月13日，邱、李兵团投入了六个师的兵力，在飞机、坦克的掩护下，展开了更猛烈的攻击。解放军采取正面顽强抗击，侧翼积极出击的战术，与国民党军逐村逐地争夺，双方伤亡都很惨重，天黑前，解放军退守五桥、新庄、薛山一线。经两天的激战，国民党军推进三至六公里，到达殷山、盛山、董庄一线。杜聿明据此速度推算，七天可以打到碾庄。而蒋介石仍嫌进展太慢，于13、14日连续电令刘峙、杜聿明，全力东援星夜推进，务必于15日到达碾庄。

　　同一天，由韦国清、吉洛指挥的第2、12、中野11纵，从东南面逼近徐州，在大王集包围了孙良诚的第107军，一举消灭第261师，迫使孙良诚率军部和第260师投诚。