黃伯韜、黃維這“二黃”被殲，徐淮一帶隻剩下杜聿明手下的三個兵團，共三十萬人，即邱清泉兵團、李彌兵團、孫元良兵團。
本來，奉蔣介石之命，杜聿明增援黃維。黃維遭殲，蔣介石知大事不妙，急令杜聿明率部放棄徐州，繞道永城南下。
毛澤東豈肯放過杜聿明！他馬上調兵遣將，把杜聿明集團包圍於陳官莊、青龍集地區，開始第三階段戰役。
其中，孫元良兵團企圖突圍，先被殲滅，唯孫元良隻身潛逃。
杜聿明陷入鐵圍之中。毛澤東雖然在西柏坡，卻以“中原人民解放軍司令部、華東人民解放軍司令部”的名義，寫了一份廣播稿。這篇廣播稿，後來收入《毛澤東選集》第4卷，題為《敦促杜聿明等投降書》。
《敦促杜聿明等投降書》頗有“現場感”，這麼寫道：
杜聿明將軍、邱清泉將軍和邱李兩兵團諸位軍長師長團長：
你們現在已經到了山窮水盡的地步。黃維兵團已在15日晚全軍覆沒，李延年兵團已掉頭南逃，你們想和他們靠攏是沒有希望了。你們想突圍嗎？四麵八方都是解放軍，怎麼突得出去呢？你們的飛機坦克也沒有用。我們的飛機坦克比你們多，這就是大炮和炸藥，人們叫這些做土飛機、土坦克，難道不是比較你們的洋飛機、洋坦克要厲害十倍嗎？你們的孫元良兵團已經完了，剩下你們兩個兵團，也已傷俘過半。你們雖然把徐州帶來的許多機關閑雜人員和青年學生，強迫編入部隊，這些人怎麼能打仗呢？十幾天來，在我們的層層包圍和重重打擊之下，你們的陣地大大地縮小了。你們隻有那麼一點地方，橫直不過十幾華裏，這樣多人擠在一起，我們一顆炮彈，就能打死你們一堆人。
……放下武器，停止抵抗，本軍可以保證你們高級將領和全體官兵的生命安全。隻有這樣，才是你們的唯一生路。你們想一想吧！如果你們覺得這樣好，就這樣辦。如你們還想打一下，那就再打一下，總歸你們是要被解決的。
杜聿明被圍，蔣介石如坐針氈。蔣介石不斷給杜聿明發電報，空投親筆信。
杜聿明表示忠誠於蔣介石，不願向毛澤東投降。陳毅托一個被俘的第十三兵團軍官，給杜聿明送去毛澤東的《敦促杜聿明等投降書》，李彌先看，不表態，交給杜聿明。杜聿明看罷，交給邱清泉。雖然邱清泉之弟邱清華乃中共將領，但兄弟倆人各有誌。邱清泉把信扔進了炭火盆……
由於杜聿明等拒降，於是，毛澤東在1949年1月6日下令總攻。到1月10日，杜聿明部隊全部被殲。邱清泉戰死，李彌逃脫，杜聿明被俘。
杜聿明在被俘時，如廁解手，乘人不備，以一巨石猛擊頭顱，欲自盡。血流滿麵的他，被送往醫院搶救……
至此，淮海戰役降下帷幕。蔣介石在華東的劉峙集團，總共五十五萬人被殲。