在華野追擊、合圍杜聿明集團期間，中野向雙堆集的黃維兵團展開猛烈攻擊，但敵人依仗堅固工事、開闊地形及猛烈火力拚死抵抗，我軍進展甚微，而傷亡較大。敵人還以攻為守，頻繁出擊，極力擴占地方，以殺傷我軍，振作士氣；俘虜我軍人員以取得情報；並搶掠一些可以吃、用的東西。有些地方白天敵人攻下，晚上又被我奪回，以致形成殘酷的拉鋸戰。當杜聿明集團向西南突圍，企圖與李延年南北對進，協力救援雙堆集時，黃維認為還有一線生機，但隨著12月4日杜集團被圍於永城西北、孫兵團突圍被殲，與他陷於同樣命運，南線李延年又被強阻於蚌埠西北包集附近寸步難進，他這最後一線希望猶如曇花一現，很快即破滅了。
就在這時，中共中央軍委、毛主席來電指出“對於戰鬥力頑強之敵，依靠急襲手段是不能消滅的。必須采取割裂、偵察、近迫作業、集中兵力火力和步炮協同諸項手段，才能殲滅。”據此，中野調整部署，改變戰法。以中野第四、第九、第十一縱，華野特種兵縱隊炮兵主力，豫皖蘇軍區獨立旅組成東集團，由第四縱司令員陳賡統一指揮，攻擊雙堆集以東之敵；以中野第一、第三縱，華野第三縱及炮兵一部組成西集團，由第三縱司令員陳錫聯統一指揮，攻擊雙堆集以西之敵；以中野第六縱，華野第七縱和陝南軍區第十二旅等部組成南集團，由第六縱王近山司令員統一指揮，攻擊雙堆集以南之敵。
為了對付敵人的堅固工事，減少在平原地帶接敵的傷亡，指戰員創造出從四麵八方圍繞敵人陣地挖掘塹壕的辦法，實施工程浩大的近迫作業。每到夜幕降臨，在監視好敵人的情況下，成千上萬的指戰員，從我軍塹壕到敵人陣地前沿一字排開，頭腳相連，形成一條條二、三百米長的“人龍”。一聲令下，開始土工作業，先挖散兵坑，後貫通成交通壕，兩側還修上掩體和防空洞。經過爾後不加工改造，有的還修建了“臥室”、“廁所”、“自來水”、“消煙爐灶”、“十字大街”，成了“陣地之家”。交通壕伸到敵陣地前五、六十米，有的還伸進敵人的鹿寨內。敵人十分恐慌，以部隊襲擊，坦克衝，大炮轟，飛機炸，毒氣熏，但都白費勁！
黃維因中途被圍，糧彈不足，雖有飛機空投但十幾萬大軍，初期尚勉強維持，不久我軍壓縮包圍圈，空投物資往往投在包圍圈外。雙堆集戰場是秋收後毫無隱蔽物的曠野，所占村莊都是茅草小屋，老百姓早已逃光，幾乎毫無可以利用的物資，不僅無處征集糧食，就是騾馬飼料、燃料、飲水都極為困。隻能靠一點點紅薯、大豆、宰殺騾馬充饑，甚至逮老鼠吃。為了爭奪少許的空投物資官兵互相開槍殘殺。大批傷亡更是無人過問，任其自生自滅。我軍一邊實施近迫作業一邊展開強大的政治攻勢。通過敵前喊話，送勸降信，發宣傳品，有選擇地釋放俘虜，取得了很好的效果，敵士兵投降的越來越多。
我軍3個集團經過充分準備，於1948年12月6日發起全麵攻擊，各集團采取穩紮穩打，攻占一村鞏固一村的戰法，對敵實施有重點的多麵、多點的連續出擊。戰士們稱這種戰法為“剝皮戰”。6日至9日，南集團攻占李士樓、小周莊、大王莊。大王莊離尖穀堆僅有半公裏多，而尖穀堆製高點是整個陣地的骨幹。大王莊失守，黃維、胡璉感到對他們威脅太大，即下令第十八軍軍長楊伯濤必須奪回。楊急調第十一師一個團及第一一八師所有能戰鬥的殘兵敗將，集中全軍火，加上第八十五軍的野炮營，與我軍爭奪大王莊。從10日拂曉開始，敵傾其所有炮彈向大王莊轟擊，足有上千發。雙方部隊在迷濛熏霧中反複衝撲，逐牆逐溝逐街逐房爭奪，死亡枕藉。中野第六縱第十六旅第四十四團主動馳援華野第七縱，反擊敵群進攻，酷戰從早上一直打到黃昏，我軍堅守村莊一角誓死不退，而敵也精疲力竭，隻好撤回原地。這場空前激烈的爭奪戰，極大地打擊了敵人的士氣。楊伯濤為掩飾敗跡，向黃維吹說消滅了共軍4個團，黃信以為真嘉獎參戰部隊，並向蔣介石報捷。
我攻占大王莊後，雙堆集整個陣地的製高點尖穀堆直接暴露在我進攻矛頭之下，華野第七縱隊乘勝發起攻擊。位於雙堆集東南的尖穀堆，工事構築特別堅固，敵炮兵觀測所就設在上麵。幾天來，我軍炮火集中向土頂轟擊，敵傷亡慘重，一連換了3個團長。12日黃昏，部隊沿著“長龍”逼近敵陣後，潮湧般衝了上去。窮凶極惡的敵人見攻勢凶猛，發射了大量的毒瓦斯彈，我軍傷亡重大，暫停攻擊。但毒氣彈挽救不了黃維的命運，我於做好充分準備後，一舉拿下製高點，敵團長廖漢庭也被生擒。楊伯濤見勢不好，複集中特務營、炮兵營、工兵營反撲，均遭我痛擊退回。占領了尖穀堆，整個雙堆集處在我瞰製之下，敵兵團部受到直接威脅，位於尖穀堆西北300多米處的敵快速縱隊的戰車、油車、彈藥車、修理車及炮兵已無法活動，黃隻好下令轉移到北麵的兵團部小馬莊附近，由第十一師掩護。大炮沒了炮彈成了廢鐵，因無法轉移，隻能堆成一堆。
在這期間，西集團攻下東西馬圍子、小馬莊、周莊、腰周莊；東集團拿下張圍子、沈莊、楊圍子，殲滅第十四軍。敵第十四軍參謀長梁岱於澮河被俘後，偽稱軍部書記官，我軍給予優待，將他放回給黃維、軍長熊綬春及該軍第十師師長張用斌送勸降信。梁回到軍部駐地楊圍子，但熊當時很頑固，將3信全部撕毀。我軍發起總攻後，戰局急轉直下，楊圍子成了前線，其第十、第八十五師部所乘無幾，蜷縮在楊圍子及右前方一個村子裏。一天，我軍又派一被俘的排長給熊綬送去最後通牒，限其24小時內答複，過期不複，即就地殲滅。熊因澮河之戰中被我軍打得潰不成軍，黃維給了他個記過處分，他對兵團部存有芥蒂，再是失敗已成定局，同意投降，派那個排長複信給解放軍，但那排長一去即無音信。不久，我軍發起總攻，首先破敵第十師陣地，師長張用斌被打成重傷，接著攻入楊圍子，炮聲、槍聲、哨子聲、喊聲響成一片。熊綬春先是抱頭大哭，爾後獨自一人衝出軍指揮所掩蔽部。梁岱勸他:“外麵槍炮打的很亂，出去很危險，不如蹲在這裏，當俘虜也沒有什麽了不起。”熊不聽，一出門即被炮彈炸死。而梁則躲在隱蔽部，解放軍一到即舉手投降。該軍除副軍長穀炳奎等少數殘兵逃到兵團部外，其餘悉數被殲。我東集團總指揮陳賡派人將熊葬於附近一土堆上，並在墳前立牌標示，以便其家人查找。
雙堆集東南幾個小村子的第八十五軍第二十師位於第十八軍防地前麵，在我連續攻擊下處境艱難，軍部遷到第十八軍指揮後，他們又與上級失掉聯係，對空聯絡信號更換後也未通知他們，以致遭到自己飛機轟炸，一個副團長被炸死。糧彈日漸短缺，燃料更成問題，隻好掘棺木為柴。已起義的一一O師師長廖運周、第二十三師被俘的代團長何企連連送勸降信。他們斷糧後，我軍士還將熱騰騰的米粥送到其前沿陣地，士兵吃後，有人將碗缽摔破，而解放軍戰士不計較，僅笑笑走開。陣地前沿樹立的“優待俘虜，不殺不虜”、“歡迎起義投誠”大幅標，對敵人也產生了很大影響。他們在與其周圍部隊的矛盾越來越尖銳、解放軍的圍攻越來越緊迫情況下，師長黃子華於11月10日率部萬餘人向我軍投誠。第八十五軍因第一一○師起義、第二十三師投誠而宣告瓦自11月6日至10日，黃維又丟了近5萬人。該兵團的皮被我軍一層層地剝了下來，僅剩下第十、第十八軍殘部在幾個村子裏紮，他們的全部滅亡已成定局。
中野、華野經18天激戰，分別圍住黃維和聿明兩個兵團，並予以沉重打擊，但敵人兵力較大，戰鬥力較強，拚死抵抗，企圖向南突圍，我軍全殲敵人尚需一定時間。而蔣介石拚命組織救援，由蚌埠北犯的李延年、劉汝明兩兵團，已推進到餘家集、包家集以南地區，距雙堆集僅35公裏；從華中抽調的二十、第二十八兩軍已陸續抵達浦口，估計12月15日前後即可到達蚌埠；此外，上海幾十艘船隻正集結待命，有可能突然北上將平津地區之敵接運到徐州戰場。鑒於上述情，總前委認為必須迅速殲滅被圍敵人中的一堆，才能使我有充裕力量應付可能發生的情況，決定集中足夠兵力，首先殲滅黃維兵團，圍住杜聿明集團，阻住李延年兵團。中中央軍委、毛澤東主席同意此案。
於是，總前委抽調華野第三縱隊和魯中南縱隊南下參加圍殲黃維；華野主力繼續圍困杜聿明，對其暫以“大部守勢，局部攻勢”部署，阻其南逃；另以華野渤海縱隊一個師加強到固鎮以北的阻援方向，會同原任阻擊任務的部隊，對付李延年、劉汝明兩兵團。據此，中野前委再次調整部署，將華野第三、第十三縱加強南集團，連同原來的華野第七縱、中野第六縱、陝南軍區第十二旅，統歸華野參謀長陳士榘指揮，突擊敵核心陣地雙堆集；東南兩集團分別向當麵之敵實施突擊；華野魯中南縱隊為戰役預備隊。陳毅從總前委打電話給華野副參謀長張震，指示華野一要把杜聿明集團西南方向堵好，以免影響南線作戰。張副參謀長堅定地答道:“請司令放心，一定堵住它，隻要你下命令，我們就可各個消滅它。”陳毅叮囑說:“現在不要急，首先縮小包圍圈，還是車幹水捉大魚吧！”劉伯承把當時戰場上的這種形勢，形象地比成用餐時搶肉吃，嘴裏含著一塊，筷子上夾著一塊，眼睛又盯著碗裏一塊:“這叫做吃一個，夾一個，看一個。黃維兵團這塊肥肉已經夾在我們的筷子上了。”
劉伯承、陳毅於12月12日聯名發出《促黃維立即投降書》，向黃維指出:
現在你所屬的4個軍，業已大部被殲。八十五軍除軍部少數人員外，已全部覆滅。十四軍所屬不過2000人，十軍業已被殲2/3以上。就是你所最後依靠的精銳十八軍，亦已被殲過半。你的整個兵團全殲滅，隻是幾天的事。而你們希望的援兵孫元良兵團，業已全殲。邱清泉、李彌兩兵團業已陷入重圍，損失慘重，自身難保，必被殲滅。李延年兵團被我軍阻擊，尚在80裏以外，寸步難移，且傷亡慘重。在這種情況下，你本人和你的部屬，再做絕望的抵抗，不但沒有絲毫出路，隻能在人民解放軍的強烈炮火下完全毀滅。貴官身為兵團司令，應愛惜部屬與生命，立即放下武器，不再讓你的官兵作無謂的犧牲。果你接受我們這一最後警告，請即派代表到本部談判投降條件。時間緊迫，望即決策。
我設在邯鄲的人民廣播電台，將這份促降書不厭其煩地從12日一直廣播到15日。
可黃維這個戰犯不見棺材是不會落淚的。他的殘部雖然被我壓縮於東西不過1.5公裏的狹長地帶，但拒絕放下武器，仍逼迫下屬垂死抵抗，並連續施放毒氣。敵空軍也頻頻出動，給黃維趕運糧彈，轟炸我軍陣地，僅13日，敵機即向我軍投彈百餘噸。
黃維不投降，就叫他滅亡。我軍調整好部署，13日晚向敵最後一道防線發起總攻。南集團直搗雙堆集，矛頭首先指向敵兵團部小馬莊東南第十軍第一一四師第五十四團守衛的野堡陣地。這個團原為第十八軍骨幹團，一向以“老虎團”著稱。在我軍“剝皮戰”中傷亡慘重，被迫放棄原守村莊，進行整補。黃維、胡璉為了屏障兵團部，將得到加強的該團再次擺了出來，在小馬莊東南雙堆集正東的開闊地上建立了一個異常堅固的陣地。四周有圍牆，牆外有圩溝，溝外伸6組三角形集團堡，並有交通壕通連。圩牆上火力點密密麻麻，明暗子母堡遍布，為了最後解決黃維兵團，中野第六縱、華野第三縱首長將消滅“老虎團”的突擊任務交給了第十七旅“襄陽營”和第八師第二十三團“洛陽營”。
這兩個營是華野、中野十分出名的部隊。“襄陽營”是中野最擅長攻堅的部隊，是在全殲國民黨第十五綏靖區、活捉特務頭子康澤的襄樊戰役中，斬劈三關，首先攻破襄陽城防的特功部隊。“洛陽營”則是突破敵中原守備重點城市之一洛陽的攻堅戰中，為千軍萬馬打開唯一通路的英雄營。第三縱司員孫繼先語重心長地對先期趕到的“洛陽營”營長張明說:“要知道，全縱隊就是你們一個營參加突出。在這個方麵，你們不僅代表著我們三縱，而且也是代表著華野參戰。因此要求你們:第一，要首先打進去。隻有首先打進去，才是對兄弟部隊最大的支援。告訴全體指戰員，不要有任何顧慮，全縱隊的炮火都來支援你們；如果你們團的兩營作二梯隊不夠，全縱隊都是你們的二梯隊！第二，要慮心向兄弟部隊學習，主動搞團結；戰鬥中的繳獲，全部送交兄弟部隊，不許任何人打埋伏！”張營長認識到:這一仗，不僅是一個攻堅仗、殲滅仗，而且是一個“團結仗”；隻有與兄弟部隊團結好，協同配合好，才能取得最圓滿、最徹底的勝利。第六縱為了使剛剛急行軍3天由北線趕來的“洛陽營”及時參加戰鬥，減少傷亡，自己冒著敵人火力攔擊，為他們修築了正規的野戰工事，沿敵陣地由東北繞向西南的孤形衝鋒出發塹壕，一直挖到距敵七八十米處。兄弟部隊的傾力支援，深深地感動了“洛陽營”指戰員，極大地鼓舞了他們的鬥誌。他們決心首先打進去，砸爛“老虎團”。第六縱的旅團首長與“洛陽營”首長共同研究了突擊點和協同動作，建起了聯合指揮機構，“洛陽營”由兄弟部隊的團首長指揮。
1948年11月14日下午4時多，南集團10多門大炮和數不清的土造炸藥拋射筒對準敵野堡工事開火，隨著每一發炮彈爆炸敵陣上空就有爛衣碎肉、木料泥石飛濺起來。轟擊1個多小時後，兩營突擊隊同時發起攻擊。“襄陽營”方麵，因他們攻擊準各早，敵人防禦較“洛陽營”方向更為嚴密。從攻三角堡到突破圩牆，戰鬥一直十分激烈，拋射的炸藥像悶雷一樣怒吼不停。衝在最前麵的第一連第二排在突破口內打退敵人兩次猛烈反撲後，僅剩下劉乃江、莊金鳳、李正全3人，且是3個班的，彈藥也很少了。小戰士李正全主動提議由老戰士劉乃江任班長。劉即集中炸藥、手榴彈，掩護他們2人收撿雙方屍體上的彈藥，對付敵人的再次反撲。當彈藥全部打光後，他們毅然端起刺刀衝進敵群……就在這千鈞一發時刻，後續第二連第二排攻了上來。
“洛陽營”方麵，“紅一連”第三排撲向三角堡，第一排徑直撲向敵核心據點，第二排隨後跟進。突擊連攻上去後，教導員孫啟明把卜殼槍一揮喊道:“二連同誌們，跟我上！”右前方三角堡的密集火力遮斷了第二連的衝鋒道路，也封鎖了“洛陽營”衝鋒出擊塹壕出口。我炮火及時跟上，壓住敵人火力，掩護第二連繼續攻擊。就在這時，孫教導員中彈倒下。他話都說不出了，還艱難地抬手指“襄陽營”方麵，仿佛是提醒大家不要忘了戰鬥決心:首先打進去，最有力地支援兄弟部！張明營長馬上命令第三連幹掉三角堡，保證後續部隊繼續投入。
就在“襄陽營”第二連第二排以集束手榴彈反擊敵人的瘋狂反撲時，沿南牆向西攻進的“洛陽營”第一連第一、第二排，同他們會合了。他們合力打退敵人的反撲，並向潰退的敵人展開追擊。敵人雖被包圍，但仍拚命掙紮。“洛陽營”第二連“陳金合班”戰士李景坤，迂回到敵人背後，一把抓住敵人機槍，而機槍手不知死活，仍在扣板機。一個戰士掐住敵炮手的脖子，可他還是把手裏的炮彈裝進炮膛。有的敵人竟同我軍拚刺刀，但他們哪是英雄健兒的對手，為人民而戰的軍隊是不可戰勝的！負輕傷的毫無顧忌，仍與敵撕打成團，負重傷的堅持不下火線。17歲的小朱東左臂被打斷，就用一隻胳膊投擲手榴彈。
不管“老虎”怎樣咆哮、反撲，“洛陽營”、“襄陽營”猶如兩把鋒利的尖刀，同時插入其腹心，不一會“老虎”即現了原形，據點裏和“洛陽營”第三連方向押下了幾十名俘虜。又過了十幾分鍾，插向敵核心據點西北角、斷敵後路的第三營第九連，發出勝利占領敵陣地的信號，隨之，我軍強大炮火延伸支援，炮彈遮天蓋地揳向敵兵團部與據點之間，構成一道不可逾越的火牆。隨著炮火，我兩隻鐵拳將“老虎團”砸得稀爛，除敵團長孟述美被打成重傷逃回軍團部外，全部被殲。整個戰鬥僅用了1個小時。
黃維的最後一道防線被我突破，敵兵團部與十八軍第十一師師部駐地小馬莊、第十八軍軍部駐地雙堆集的交通，均被我火力截斷，小馬莊直接遭到我軍攻擊，槍彈像裂帛似的在兵團掩蔽部上空呼嘯，炮彈也在附爆炸。黃維、胡璉、吳紹周瑟縮在掩蔽部裏一籌莫展，第十二兵團已經到了最後彌留階段。
杜聿明集團被包圍後，黃維知道自己劫數難逃，即派副司令官胡璉乘飛機去南京向蔣介石匯報戰況，並囑咐他留在南京保全下，為兵團“料理後事”。可是三四天後，蔣令胡飛回雙堆集，要黃維突圍，“不要管杜聿明也不要指望李延年”。黃對這一指示感到莫明其妙，認為老頭子對徐蚌會戰的部署方寸全亂了。他認為，在解放軍重兵包圍下自行突圍，後果不堪設想，至少要有空軍的有力掩護，否則寧可堅持下去，打一天算一天，以免杜聿明立即跟著垮台。可是，解放軍迅速向前推進，所占地方越來越小，就是再抵抗幾天，也無力挽回全軍覆沒之命運，於是求蔣介石派大量空軍以凝固汽油彈，在規定的時間和區域實施大規模轟炸，造成火海，以掩護殘部突圍。蔣決心要黃於15日白天在空軍施放國際公法禁止使用的靡爛性毒瓦斯炸彈（甲種彈）和窒息性毒瓦斯炸彈（乙種彈）配合下突圍，並給黃增投了催淚性瓦斯投擲彈、迫擊炮彈，令地麵部隊大量使用。黃認為白天無法突圍，確定於黃昏突圍，蔣認為黃昏後空軍無法配合，雙方爭執不下。“老虎團”被解放軍消滅後，黃維認為危在旦夕，遂決定於黃昏突圍。他一麵電報蔣介石和空軍總部，要求予以配合，一麵令部秘密進行突圍準備。
蔣介石堅決不同意黃維黃昏後突圍的決定上午9時多，他派空軍副總司令王叔銘飛臨雙堆集上空嚴厲地命令:“不能照計劃實施！”黃維認為“將在外君命有所不受”，氣急敗壞地說:“你不準照計劃實施，我隻好自己斷然處置！”他決定采取“四麵開弓，全線反撲，覓縫鑽隙，衝出重圍”的計劃突圍。他斷定解放軍攻擊重點是在南麵與東南角，目的是阻擋國民黨軍向蚌埠逃跑，而西、北兩麵是解放軍後方，除直接圍攻的兵力外，二線梯形配備的兵力必然不多，於是將突圍方向在西北東三麵。兵團部、第十八軍第十一師及第四快速縱隊由小馬莊向西，第十八軍部、直屬部隊，第十八師向西北，第十軍第七十五、第一一四師向東，第十八師向東北。各部突出後，第一集結地為蚌埠以南，第二集結地是滁縣。在野地上露營的近萬名傷兵無法帶走，隻好扔下不管。
黃維的所謂突圍，實際上是四散竄逃。突圍令一下，全軍就陷入一片混亂之中，有些部隊不等黃昏即爭先恐後逃命。黃維和司令官胡璉、副司令官兼第八十五軍軍長吳紹周怕乘戰車在夜間無法行動，下午4時令第十八軍第十一師及戰車部隊向西突圍。前衛剛打開一個缺口，他們3人的戰車就衝了出去。但僅有胡璉逃脫。
黃維的戰車行至南平集東南二三公裏的大周莊時，被我軍打壞，不能動彈。他隻好下車夾在潰兵中亂竄，可是到處都是捉拿潰的解放軍，知道無法逃出，就戴上一頂鋼盔，換上一身草綠色細布軍裝，臥在麥田。他平伸著兩手，撅著屁股，就像要鑽地一樣。不一會兒，即被前來搜索的某部特務營通訊員傻小六、範介明俘獲。戰士問他是幹什麽的，他吞吞吐吐地答道:“我叫方正馨，江西弋陽人，第十四軍軍部上尉司書。”戰士們把他押到俘虜收容所後，才看清他的真麵:光滑的頭發，白晰的圓臉，短短的胡須，右臉上長著一顆小黑痣。這些，都與政治部知裏所描繪的黃維的特征相一致。我戰士嚴加審問，他的手不停地打顫，回答一句話，要遲疑好久。他說他是今年10月在河南確山入伍的，自民國十七年就當小學教員問他還幹過什麽，他慌忙地說:“我當了6年小學教員，1年科員，以後就人伍了。”我戰反問他:“你不是說今年10月才入伍的嗎？其他時間都幹什麽？”黃維露了破綻，打了自己一個耳光後連連說:“我糊塗，我糊塗！”問他上尉司書一個月多少餉，他回答說70多元，到底七十幾元，他回答不出來。隨後，他寫了一張“如姓名職別不符願受槍斃”的證書，並且厚著臉皮說:“我還能胡說八道嗎？我還能賣了姓名嗎？
我攝影員來給他照像，他嚇得麵色慘白，臉上肌肉都顫抖起來。戰士們找來俘虜認證他，他說:“這些人我一個也認不得，他們沒有一個認得我。”但最後被在宿縣新解放的戰士、原黃維的馬夫李永誌指認了出來。“上尉司書”知道瞞不過，隻好在俘虜登記冊上簽下這麽一行字:“黃維，第十二兵團司令官，陸軍中將，41歲，江西貴溪人，黃埔一期畢業。”他在臨逃前曾向軍醫要了一大包安眠藥，準備在不能脫身時自殺，但被俘後他又不想自殺了。在中國人民解放軍俘獲的所有國民黨戰犯中，黃維的思想要算最頑固的了。他抗拒改造，認定共產黨的寬大改造策隻不過是欺騙宣傳，直到黨和國家最後全部特赦在押戰犯時，他的思想仍有問題。黨和政府對他的教育改造費了很大苦心，格外地下了功夫，最後終於把他改造過來。1975年，當他拿著中華人民共和國最高人民法院發給的特赦通知書時，禁不住失聲痛哭來。之後，他被國家安排擔任全國政協常委、文史專員職務。
吳紹周乘坐三號戰車，緊跟在黃、胡後麵出，但在渡玉皇廟附近小河時，黃、胡戰車將浮橋壓壞，他的戰車無法通過。他冷靜想，自己帶領的第八十五軍大部投了共軍，僅剩下自己光杆一人，即使回到南京也不可能有活命，與其回去送死，還不如坐待被俘。於是，他與隨從衛士在玉皇廟門口等待放軍到來，隨後，我軍搜索部隊到達，他即繳槍投降。
第十八軍副軍長兼第十一師師長王元直逃出重圍5公裏多，見四麵都是解放軍和民兵，無隙可鑽，即到一小河邊掬水吞下十幾片安眠藥，暈倒在地，經我軍戰士發現救活。
兵團部及第十一師提前突圍，在雙堆集的第十八軍軍長楊伯濤不知道，仍按命令時間突圍，因等得不耐煩，出掩蔽部了望，隻見西麵人聲槍聲嘈雜，煙塵蔽天，這才發現黃維他們提前跑了。他毫不怠慢，帶領殘部外突，但我軍嚴陣以待，他與第一一八師師長兼快速縱隊司令尹鍾嶽督隊衝殺，但碰來碰去找不到一條空隙，於是令事先選的一個“最勇敢”的營長率部殺開一條血路，但這個營長一上去即被打死，部隊無人指揮，造成混亂。此時，後麵我軍已衝進雙堆集，“繳槍不殺”聲響成一片。前進不能，後退不能，情急之下，二人帶著一群亂兵折向西麵第十一師方向，企圖跟著後尾逃出。可是，第十一師已完全崩潰，迎麵遭到解放軍痛擊，複調頭回竄。楊伯濤見突圍無望，扔下部隊，隻身跳進附近小河中，僅露著腦袋。12月天氣，水冰冷刺骨，他感到很不是個滋味，便掙紮上岸，走不到100米，斜刺裏衝出一隊解放軍將他扭住，送往指揮部給他烤火烘衣。他也不隱瞞身分，自報職銜。我第十三縱司令員廖海光接見了他，告訴他不要害怕，解放軍優待俘虜。尹鍾嶽也未能逃脫，混在亂兵中我查出。作為國民黨軍五大主力之一的第十八軍，自南麻戰役後又掙紮了1年又5個月，終於在雙堆集寫完了自己的“光輝曆程”。至此，敵五大主力僅剩下一個第五軍還未消滅，但也陷入華野陳官莊重圍，全軍覆沒也隻是時間問題了。
向東北方向逃跑的第十軍第十八師師長尹俊帶少量殘餘，從小王莊打開一個缺口突出重圍；軍長覃道善率第一一四師殘部隨後跟進，但我軍已將缺口堵死，其官兵全無鬥誌，紛紛投降，覃道善與師長夏建勣一同被俘；第七十五師師長王靖之從東麵突圍，被我軍打成重傷俘虜，我軍派擔架將他和所有傷兵送到蚌埠附近，放回。
黃維兵團主力第十八、第十軍已全部報銷，第十四軍在突圍前已被消滅，第八十五軍自廖運周率第一一O師起義、黃子華率第二十三師及第二一六師、軍直各一部投誠外，殘部已所剩無幾，且毫無戰鬥力了，軍長吳紹周隨兵團部突圍被俘，副軍長張文心也不管他的殘兵敗將，帶著第二十三師副師長卓銘等躲在一個傷兵掩蔽部裏。15日下午，張文心聽說兵團決定突圍，但未接到突通知。4時許，第二一六師團長王鐵山向他報告說，黃維等早已逃跑，張怕國民黨空軍轟炸陣地，即轉移到陣地前沿一掩蔽部，解放軍一到，他就上前報到，旋即被送往一個縱隊司令部。
這樣，黃維兵團這支由國防部直接指揮包五大主力之一第十八軍的部隊4個軍約12萬人，從國防部戰鬥序列表上消失了。軍師以上軍官，除第八十五軍第一一O師師長廖運周起義，第二十三師師長黃子華投誠，第十軍第七十五師師長王靖之負傷後被我軍送回，兵團參謀長蕭銳因戰役期間患病送往蚌埠漏網，兵團副司令官胡璉、第十四軍副軍長穀炳奎、第八十五師師長張用斌、第十軍第十八師師長尹俊逃脫外，兵團司令官黃維、副司令官兼第八十五軍軍長吳紹周、第十軍軍長覃道善、副軍長王嶽，第十八軍軍長楊伯濤、副軍長兼第十一師師長王元直、第八十五軍副軍長張文心，第十軍第一四師師長夏建勣，第十四軍參謀長梁岱、第十師師長潘琦，第十八軍第四十九師師長何竹本、第一一八師兼第四快速縱快司令尹鍾嶽被俘。第十四軍軍長熊綬春被炸死。
黃維兵團土崩瓦解後，蔣介石在給杜聿明信中，責怪黃維不聽他的話，擅改白晝突圍為夜間突圍，致使空軍無法使用劇毒毒氣彈掩護，是自找滅亡。
當天晚上，邯鄲人民廣播電台向中外宣布一勝利消息。該部覆滅，是蔣介石在“徐蚌會戰”中繼第三綏靖區起義、黃百韜兵團被殲後遭到的又一次致命打擊，使他搖搖欲墜的反動統治又失去了一根有力支柱。為此，敵國防部長何應欽引咎辭職。
我軍圍攻黃維時，中野第二縱、華野第六縱和後期參戰的華野渤海縱隊第十一師及地方部隊，在蚌埠西北以一當十，節節抗擊由蚌埠北援的李延年、劉汝明兵團9個師十幾天，迫使其每天僅爬行一二裏，到黃維兵團全部被殲時，距雙堆集還有多半路程。黃維完蛋後，該敵跑的倒不慢，在12月16日一天內就竄到淮河以南。被華野圍於陳官莊的由徐州撤退南援黃維的杜聿明集團，自11月15日連續向南突圍，我一麵阻擊，一麵緊縮包圍圈，將其2個兵團8個軍20餘萬人，緊緊包圍在東西10公裏、南北5公裏地區內苟延殘喘。
黃維被殲後，淮海戰役第二階段結束。在一階段，我軍解放了戰略要地徐州及淮陰、淮安、寶應等城，殲滅了黃維、孫元良兩兵團，重重包圍了邱清泉、李彌兵團，阻住了李延年、劉汝明兵團的北援，大量消耗了其有生力量，並迫使李延年、劉汝明兵團及第一綏靖區退往淮河以南。我軍圍攻黃維兵團，促成了杜聿明集團南撤被圍、孫元良兵團被殲，我軍收複徐州；殲滅黃維兵團，又最後孤立了杜聿明兩個兵團，造成了迅速全殲杜聿明集團的大好形勢。因此，這一階段是整戰役承上啟下的關鍵。
