随着中共占领全东北和徐淮战局的日趋恶化，整个内战的形势对国民政府已经非常不利了。1948年11月时，中共西北野战军已将国府西安绥靖公署主任胡宗南的部队压制在了关中地区，华北军区徐向前部也在10月挫败国军的进攻后将国府太原绥靖公署主任阎锡山的部队困于太原一带（此即太原战役），不过由于当时解放军即将进攻平津，不想傅作义南逃西撤，因此中央军委于11月16日下达了缓攻太原、围而不打的命令。此外，解放军华北军区第2、第3兵团当时分别在河北和绥远东部休整，随时准备围攻国府华北剿匪总司令部的后方基地绥远省会归绥，而刚刚拿下东北的东北野战军第2兵团也已进至河北蓟县一带，其主力则在沈阳、营口、锦州地区休整，准备一个月后开进山海关，进攻傅作义。

在此形势下，华北剿总司令傅作义所部60万国军已被孤悬于北平、天津、张家口和唐山地区，面临着被中共东北野战军和华北军区部队合击的危险。当时，蒋介石认为：东北既已丢失，华北必然不保，徐淮战事又前途未卜，故为今之计唯有放弃平津，将傅作义部尽数南撤，加强长江防线。不过，美国人不同意蒋介石的想法，他们主张傅作义固守华北，因华北之得失具有十分重要的政治意义。另一方面，华北剿总司令傅作义本是绥远一带的地方军阀，或称地方实力派，因此他深恐南撤后部队被中央军吞并，宁可在万不得已时西逃绥远。1948年11月初，蒋介石电召傅作义至南京商讨华北作战方针，二人均认为东北野战军在辽沈一战后至少要休整3个月到半年才能入关作战，因此解放军华北军区部队在兵力上不占优势，国军留驻华北以为牵制对整个战局亦属有利。11月下旬，傅作义调整兵力部署，放弃承德、保定、山海关、秦皇岛等地，将主要兵力部署在北平至张家口一线，力图固守北平、天津和张家口；同时，蒋介石也调嫡系部队至北平以东至唐山一线，确保塘沽海口，以备战局不利时从海路撤退。

另一方面，中共高层虽然明知一旦国军撤逃华北，平津便可不战而得，但却仍不肯放弃“歼灭更多国军、以利今后渡江作战”的机会。1948年11月中旬，中共中央军委下令华北军区部队停止进攻太原、撤围归绥，以稳住傅作义，不使其因孤立而逃跑，同时指示报纸、广播等媒体大肆宣传东野在东北的庆功、练兵和高层会议等活动，以使蒋介石确信东北野战军短期内不会入关。接着，华北军区第3兵团奉命包围张家口，切断了傅作义部西逃绥远的道路，吸引其派兵西援，第2兵团和东北野战军先遣兵团也随即出击北平至张家口一线，隔断了北平与张家口的联系，紧紧拖住了傅作义和蒋介石的部队，为东野入关作战争取时间。另外，毛泽东还下令东北野战军80万大军立即结束休整，星夜进军，隐蔽入关，与华北军区主力共同提前发起平津战役。

奉命指挥平津战役的中共将领为东北野战军司令员林彪、政治委员罗荣桓和参谋长刘亚楼，三人入关前，战役暂由中央军委直接指挥。1949年1月10日，中共中央决定由林彪、罗荣桓和华北军区司令员聂荣臻3人组成平津作战总前委，林彪为书记。1948年11月23日，东北野战军主力由锦州、营口、沈阳等地出发，隐蔽向北平、天津、唐山、塘沽地区开进。11月25日，华北军区第3兵团由集宁地区东进。

11月29日，平津战役开始，按照对平、津、张守军“围而不打”、“隔而不围”的既定方针，华北军区第3兵团首先向张家口外围国军发起攻击，至12月2日，先后占领柴沟堡、万全、沙岭子等地，对张家口形成包围态势。此间，傅作义认为华北军区解放军进攻张家口只是一次局部行动，因此决定乘东北野战军尚未入关之际，集中主力首先击破华北军区部队，然后以逸待劳，迎击东野。为此，傅作义下令其主力35军和104军258师分由丰台、怀来乘汽车连夜向张家口驰援，驻昌平的104军移至怀来，驻涿县的16军移至南口、昌平，以确保北平与张家口的交通联系。12月2日，华北军区第2兵团乘傅作义主力西援之机，以三个纵队由易县、紫荆关向涿鹿、下花园急进，切断怀来、宣化间的联系，东北野战军第2兵团也派出第41、48军等部由蓟县向怀来、南口急进，切断北平、怀来间的联系。12月5日，东北野战军在行进途中攻克密云，歼灭国军第13军1个师，尔后主力继续南进；华北军区第2兵团进至涿鹿以南待机。

得知密云失守后，傅作义感到北平受到威胁，急令第35军由张家口星夜东返，第104军主力及第16军由怀来、南口向西接应，第94军及第92、62军由杨村、崔黄口、芦台地区开往北平，加强防御。12月6日，国军第35军乘汽车东撤，华北军区第2兵团在冀热察军区部队的配合下进行了节节阻击，将其滞留于新保安地区。接着，第2兵团主力赶到新保安以东，并于12月8、9两日打退了第35军及第104军主力的东西夹击，将第35军包围于新保安。12月9日晚，东北野战军前出到怀来、康庄、南口间，进至康庄的国军第16军指挥所及2个师惧怕被歼，掉头向北平撤逃，10日被东北野战军所属第41军歼灭于康庄东南地区。此间，国军第104军主力腹背受敌，又得知第16军已经东逃，因此放弃了接应第35军的计划，由新保安以东地区经怀来向北平撤逃，东北野战军各部队立即展开追击和堵击，于12月11日在怀来县城以南的横岭、白羊城一带将其全部歼灭。

与此同时，华北军区第3兵团攻占宣化，并于12月7日在沙岭子追歼由宣化向张家口撤逃的傅系第101军271师，8日完成对张家口的包围。随后，由华北军区第3兵团指挥的北岳军区部队、西北野战军第8纵队骑兵旅和内蒙古军区骑兵第11师等部攻克张北，孤立了张家口。此间，东北野战军主力由喜峰口、冷口越过长城，到达河北省蓟县、玉田、丰润地区。

至此，解放军已切断傅作义西逃的道路，但其尚有南逃可能。12月11日，毛泽东指示前线领导人，万不可让傅作义从海上逃跑。接着，解放军为避免傅作义放弃平津南逃，决定在两个星期内对平津国军围而不打或隔而不围，淮海战场部队也在双堆集战役歼灭黄维兵团后暂停了对杜聿明部的进攻，同时山东军区还派出部队控制济南附近一段黄河，并在胶济铁路线上预作准备，防止傅作义部沿津浦铁路经济南向青岛撤退。随后，中共中央军委指示华北军区抽调部队，控制保定、石家庄、沧州一线，准备搜捕由平津溃散南逃之国军。不久，解放军逼近平津，傅作义急忙放弃南口、涿县、卢沟桥、通县及唐山、芦台、廊坊等地，向北平、天津、塘沽收缩兵力。至12月15日，东北野战军一部已占领南口、丰台、卢沟桥，从北面和西南面包围了北平；东野第1兵团和华北军区第7纵队则占领了通县、采育镇、廊坊及黄村，从东北面和东南面包围了北平，17日又占南苑机场。至12月20日，东北野战军又占领了唐山、军粮城、咸水沽、杨柳青、杨村等地，切断了天津、塘沽间的联系，并由宝坻、汉沽、山海关向平津疾进。

12月21日，华北军区第2兵团3个纵队共9个旅发起新保安战役，向被困于新保安的国军发起攻击，当日扫清外围据点，22日晨开始攻城，经10小时激战，全歼傅作义嫡系精锐第35军军部和2个师以及保安部队共1.6万人，军长郭景云自杀。

为防止张家口国军向西突围，东北野战军第41军奉命于攻击新保安之前，由南口西进，加强对张家口的包围。12月23日拂晓，张家口国军全力向北突围，华北军区第3兵团及东北野战军第41军共11个旅（师），在北岳、内蒙古军区部队配合下，展开堵击和追击，当晚攻陷张家口，至24日晨，将国军压缩在张家口以北不足1公里宽、10公里长的山沟内。12月24日傍晚，解放军经激战，在张家口东北西甸子、朝天洼一带歼灭国军第11兵团部、第105军等部共7个师（旅），赢得张家口战役。

在津、塘方向，解放军原计划先攻塘沽，后打天津，但因塘沽东面靠海，其他三面为水渠盐池，不宜进行包围，也不便大部队展开，加之北平、天津国军有突围可能，所以改为以少数兵力监视塘沽，集中主力先打天津。12月29日，中共中央军委批准了东北野战军的围攻天津计划。1949年1月2日，东野各攻击部队进至天津周围，至13日基本肃清了外围据点。此间，指挥天津战役的东北野战军参谋长刘亚楼劝降国军守将陈长捷未果，解放军遂于1月14日上午对天津发起总攻，从东西南三面突破城防。1月15日晨，解放军东西主攻集团于金汤桥会师，将守军分割成数块，尔后采取击弱留强战法，至15时攻占天津，全歼守军13万余人，俘获警备司令官陈长捷，结束天津战役。天津失陷后，据守塘沽的国军第17兵团部及第87军等部5个师共5万余人于1月17日乘船南逃，东北野战军第49军追歼其后尾3000人，进占塘沽。

新保安、张家口、天津相继失守后，驻北平的国军华北剿匪总司令部25万余人完全陷于绝境。中共方面鉴于北平乃历史文化古城，不愿因攻城作战损毁文物古迹，因此决定通过谈判和平接管，同时也指示部队进行战备，以在谈判不成时武力夺取之。驻守北平的华北剿总司令傅作义早在1948年12月15日就曾派代表与解放军前线司令部进行谈判，但因傅作义当时实力尚存且战事尚有可为，所以没有接受中共的劝降。新保安、张家口战役后，傅作义又于1949年1月7日派代表偕同民主同盟北平负责人、燕京大学教授张东荪到解放军平津前线司令部进行了第二次谈判，林彪、聂荣臻在谈判中提出：北平、天津、塘沽、归绥各点守军应开出城外，按解放军军制进行改编，并限天津守军于13日前先行开出城外听候改编。此时的傅作义仍在观望，因此双方协议仍未达成。1月13日，傅作义再派与中共素有交往的华北剿总副总司令邓宝珊到平津前线司令部进行第三次谈判。在1月14日的谈判中，林彪、罗荣桓、聂荣臻指出：人民解放军已开始攻击天津，故此次谈判不再包括天津；其他各点守军出城后，应一律解放军化，其驻地一律解放区化。

1月10日，解放军结束淮海战役，北方局势已成定局。1月14日，毛泽东发表《关于时局的声明》，提出与南京国民党政府及国民党地方政府和军事集团进行和平谈判的“八项条件”。1月16日，林彪、罗荣桓致函傅作义，敦促其当机立断，接受“八项条件”，中共北平地下党也趁机通过民主人士和北平国军内部亲共将领开展工作，蒋介石则派其次子蒋纬国携其亲笔信到北平，要傅作义坚守北平或南撤。最终，傅作义选择了投诚中共，并于1月21日与中共平津前线司令部达成《关于和平解决北平问题的协议》。1月22日至31日，驻北平国军陆续撤出城外，进至解放军指定的地点听候改编。1月31日，解放军开入北平城内进行接管，平津战役至此结束。

平津战役前后64天，国军被歼或被改编52万，共军伤亡不到4万，国府由此丧失华北大部（除归绥、太原、新乡等少数地区），中共的华北、东北两大解放区连成一 片。至此，中共解放军与国军战略大对决的三次标志性战役均告结束，共军取得全面胜利，奠定了进军全国、夺取政权的基础，国军则损兵160万，精锐尽失，丢掉了长江中下游以北的广大地区，内战之胜败已无悬念。

平津战役结束后，解放军调集32万大军会攻太原。1949年4月20日，解放军各路攻城部队相继突破国军防线，进攻太原城外围据点，至22日全部占领之。4月24日晨，解放军在1300门火炮的支援下攻入城内，与国军展开巷战，全歼国军，占领太原，取得太原战役的胜利。此间，国府山西省代主席梁敦厚率部拼死抵抗，城破时，守军500余人集体自杀，后来被台湾方面誉为“太原五百完人”。