國民黨軍的撤退戰略，早就在毛澤東的預料之中。就在蔣介石召開軍事會議的同一天，毛澤東就向總前委發出指示，指出徐州“剿總”有放棄徐州，向武漢或兩淮方向撤逃的可能，指示總前委做好準備。華野代司令員粟裕也早已預料并準確判斷出杜聿明集團將沿津浦路西側繞過山區南下，向武漢或兩淮方向撤逃。于是，粟裕以華野一部參加圍殲黃維兵團和監視蚌埠的李延年、劉汝明兵團，華野主力則置于徐宿線西側，準備包圍從徐州撤逃的杜聿明集團。

11月30日，杜聿明令李彌和孫元良2個兵團在前、邱清泉兵團殿后，共10個軍25個師，加上特種部隊和徐州“黨政人員”共約30萬人，沿徐（州）永（城）公路向西南方向滾進。粟裕立即命令各縱隊進行猛追猛打。

正當解放軍從四面八方向杜聿明集團包抄過來時，12月3日上午，準備繼續向永城方向撤退的杜聿明，突然接到蔣介石空投的手令：“據空軍報告，濉溪口之敵大部向永城流竄，弟部本日仍向永城前進，如此行動，坐視黃維兵團消滅，我們將要亡國滅種。望弟迅速令各兵團停止向永城前進，轉向濉溪口攻擊前進，協同由蚌埠北進之李延年兵團南北夾擊，以解黃維之圍。”杜聿明看完手令后，心一下就涼了。他不明白蔣介石為什么朝令夕改，使他無所適從。他只好命令部隊停止前進，然后把各兵團司令官召來，出示了手令。眾將看了蔣介石的手令后，都認為語氣非常嚴厲，如不遵命，一旦黃維兵團被殲，各人都難脫干系。最后，大家決定服從命令，停止撤退，轉向濉溪口，解救黃維之圍。

12月4日，杜聿明采取“三面掩護，一面攻擊，逐次躍進”的戰術，命令邱清泉兵團擔任中路主攻，李彌、孫元良兵團擔任左右掩護，向濉溪口方向攻擊前進。

邱清泉兵團所轄的第五、第十二、第七十、第七十四軍都是蔣介石的嫡系精銳部隊，其中第五軍更是“國軍”的“王牌軍”。抗戰期間，杜聿明曾率該軍在昆侖關大敗日軍“鋼軍”板垣第5師團，在遠征緬甸的戰斗中屢建戰功，有相當強的戰斗力。邱清泉仗恃著自己的部隊兵員充足，訓練有素，堅甲利器，在李彌、孫元良兵團左右護衛下，向解放軍陣地發起正面猛攻。華野各縱隊則采取三面攻擊、一面堵擊的戰法，向敵壓縮，經過一番血戰，我軍終于將杜聿明所部3個兵團合圍于永城東北的陳官莊、清龍集、李石林地區。就這樣，杜聿明集團不僅沒救成黃維，連自己也被包圍，陷入了走也走不了，打也打不下去的困境。