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援黄焕然、无暇顾及宿县地区的防务之机，立即发动宿县的战斗，斩断徐蚌线，从南面威逼徐州，迫使杜聿明不敢倾徐州全力东援，支持华野阻击部队的作战。
这一天，刘、陈、邓立即遵照中央军委、毛泽D的指示，制订出攻取宿县，斩断徐蚌线的作战方案：命令陈赓指挥第4纵队和在商丘附近的华东野战军第3纵队、两广纵队，直插徐州和宿县之间，从南面逼近徐州；陈锡联指挥的中野第3纵队和秦基伟指挥的中野第9纵队直接奔袭宿县，攻取重镇宿县，杨勇指挥的中野第1纵队进入宿县西部地区，作为战略总预备队。决定于11月12日发起徐蚌作战。
徐蚌线，指津浦路徐州至蚌埠段，是纵贯黄淮平原的交通动脉，徐州**几个兵团的补给完全依靠徐蚌铁路。所以，徐蚌线是徐州**集团几个兵团与南京联系和退向长江以南的要道。守住了徐蚌线，进可以攻，退可以守，所以**统帅部一直把徐蚌线作为防守重点。
徐蚌线上有几个十分重要的战略要点，其中首当其中的是离徐州不远的宿县。宿县是徐州和蚌埠两重镇之间的中转站，是徐州通向江南的第一个咽喉要道，如果解放军攻下宿线，不仅可以斩断徐蚌线之**的联系，切断徐州之**集团的后方补给线，而且可以从南面威逼徐州，使徐州成孤立态势。这样，徐州之**不仅不能倾全力支援黄焕然，而且自身也将难保。所以，攻取宿县成为淮海战役中决定性的一步。
11月12日，陈、邓下达了徐蚌线作战命令，中野陈赓、谢富治的第4纵在华野第3纵、两广纵队的协同下，于宿县以北向徐州方向发起攻击；中野陈锡联的第3纵和秦基伟的第9纵一部则不惜一切夺取宿县。
陈司令员特意从华野调了炮兵支援作战。对于宿县的防务，蒋总统一开始也是非常重视的。在淮海战役发起之前，曾将徐西的孙元良第16兵团、刘汝明第四绥靖区部队撤到宿县一带。可是战役发起后，华东野战军以雷霆万钧之势，进逼徐州。徐州的刘经扶吓坏了，连忙将徐蚌线上的孙元良兵团收缩至徐州，这样，**在宿县的力量就被削弱了。守卫宿县的部队剩下一个师、两个交警总队、一个装甲营和一个军官补训队，总计一万余人，依据坚固的城防工事顽抗。
刘经扶一直担心徐州有失，命孙元良第16兵团离开宿县去徐州护驾。而邱雨庵探得当面华野第3纵、两广纵队纷纷南下，以为去图谋从华中的河南确山向徐州方向东进的第12兵团。他们机关算尽，却失了一着，没想到解放军有这么大的胃口，竟要切断津浦线关门打狗。
此刻，宿县已经被中野第3纵陈锡联的部队团团围住。陈赓率中原野战军第4纵队一马当先，赶至宿县以北，一举歼灭由宿县向徐州靠陇的孙元良后卫部队3400余人，尔后进至徐州以南的曹村，对徐州城形成威逼之势。刘经扶得知中原野战军已进至徐州以南，非常惊慌，连忙从邱雨庵第2兵团抽调两个师向陈赓第4纵队阵地发动进攻，企图趁陈赓部在徐州南还未站稳脚跟之际，一举将其击溃。然而，刘经扶太小看了陈赓部的战斗力。在陈赓的指挥下，中野第4纵队先后击退了**的十多次疯狂进攻，牢牢地钉在了徐州以南。隔断了徐州与宿县的联系后，陈锡联指挥的第3纵队和秦基伟指挥的第9纵队迅速逼近宿县。
15日下午5时30分，陈锡联指挥第3纵队对宿县发动了总攻，30门重炮一齐向宿县城开火，猛烈的炮火打得宿县地动城摇，砖石横飞。炮火攻击之后，突击队紧接着进行爆破。经过连续爆破，突击队分别在东西两面突人城内，与守军展开了逐街争夺战，激战到当天24时，全歼守军1.2万余人，俘虏**津浦路护路司令部副司令兼宿县城防司令中将张绩武。在中野3纵攻下宿县的同时，中野9纵和豫皖苏军区的独立旅也占领了蚌埠以北的固镇，控制了徐州以南的曹村庄到固镇之间的铁路沿线300公里。
鏖战持续了六天，解放军拿下宿县。以宿县为中心的广大地区已控制在解放军手中。至此，中原野战军成功地切断了徐蚌线，斩断了徐蚌间**北援南撤的通道，完成了对徐州的战略包围任务，把徐蚌地区的**重兵集团分成了南北两段，使徐州**完全孤立起来，并切断了其惟一陆上退路，保障了华野围歼黄焕然兵团，并在部署上使原定在淮阴、淮安、海州地区展开的会战，发展为在以徐州为中心，陇海、津浦线两侧广阔地域内进行的大规模南线决战。