雙堆集已經被包圍十多天了，處於天寒地凍之中的黃維兵團境況越來越糟。胡璉這只“刺猬”非但未能把他的刺豎起來，反而因為二十三師的投誠而把黃維兵團的外層防禦線敞開，內層陣地完全暴露。解放軍在二十三師陣前投誠後，更有效地加強了陣地上的政治攻勢，各種各樣的攻心活動一天比一天活躍。加之我軍的戰壕作業一天天接近敵人陣地，雙方大聲喊話都可能聽見。不說別的，單是我軍廣大指戰員每天三餐時故意敲響的叮叮噹當的碗筷聲，喊出的“人是鐵，飯是鋼，一頓不吃心發慌，三天不吃見閻王”的快板，和放在陣地上一碗碗熱氣騰騰的米飯、饅頭，都使得一批批黃維兵團的士兵拖槍投誠。
在這種情況下，黃維和胡璉頻繁向蔣介石告急：“形勢危急，如不再派援軍，十二兵團將不復存在。”
蔣介石並沒有放棄黃維，他一直都在想法將他的這支嫡系主力救出來。除了命令徐州、蚌埠地區由劉峙、杜聿明指揮的所有部隊全力以赴向雙堆集前進外，還說服了漢口的白崇禧，從屬於華中“剿總”的宋希濂兵團即十四兵團中調出三個軍向蚌埠開進，增援解救黃維兵團的力量。蔣介石甚至準備了不少船隻，打算從華北地區海運若干部隊來支援華東戰場。可是，雖然蔣介石把宋希濂叫到南京當面做了交代，當宋希濂回到鄂西把部隊集合好，調到了漢口，備好了船隻，三個軍陸續上了船後，白崇禧突然翻臉，命令船隻不准起航，三個軍全部下船，返回駐地。蔣介石得知此事，在電話中先是勸說白崇禧顧全大局，繼而指責白崇禧不顧大局，最後變成相互對罵。結果，是以蔣介石將電話機摔得粉碎而告終。當然，宋希濂的三個軍未能出動一兵一卒。
面對被包圍的黃維兵團，我淮海前線總前委並未急於發動總攻，而是決定用穩紮穩打的辦法逐步推進，一方面把戰壕作業不斷前伸、不斷完善，一方面一塊一塊地吃掉敵人的一些陣地和有生力量，同時也是還要困敵人一段時間，讓黃維兵團的困境繼續惡化，戰鬥力不斷降低。當然要做到這一點也並不容易，一是要用很大力量阻擊徐州方面前來援救黃維兵團的杜聿明集團和從蚌埠方面前來援救黃維兵團的李延年兵團、劉汝明兵團，二是要嚴防包圍圈中的黃維和胡璉狗急跳牆，做拼死突圍。用劉伯承的話說，“這好比一個胃口很大的人上了酒席，嘴裡吃一塊，筷子上夾一塊，眼睛又盯著碗裡的一塊。現在我們是要吃一個（指黃維兵團），夾一個（指杜聿明集團），又要看一個（指李延年、劉汝明兩兵團）”。
就在我軍對黃維兵團包圍、蠶食了整整10天，在已經做了充分的準備之後，12月5日，總前委才向各縱隊下達了對敵人發動總攻的命令：
甲：從明午後四時半起，開始全線對敵總攻擊，不得以任何理由再事推遲。
乙：陳謝集團務殲沈莊、張圍子、張莊地區之敵；錫聯集團務殲三官廟、馬圍子、玉皇廟、許莊地區之敵；王杜集團務殲雙堆集以南玉皇廟、趙莊及以西前周莊、周莊、宋莊之敵，並各控制上述地區，然後總攻雙堆集，全殲敵人。
丙：總攻戰鬥發起後，應進行連續攻擊，直到達成上述任務為止，不得停止或請求推遲。
丁：各部不惜最大犧牲，保證完成任務，並須及時自動地協助友部爭取勝利。
戊：對於臨陣動搖、貽誤戰機的分子，各兵團各縱隊首長有執行嚴格紀律之權，不得姑息。
以這樣嚴厲的口氣發布作戰命令，在劉、鄧多年作戰中是不多見的。據有關同志回憶，這道命令乃是出自於鄧小平之手。鄧小平所以會以這樣嚴厲的口氣發布命令，是由於這場大戰實在太重要了，也太困難了，不能有一絲一毫的鬆懈，也不能有一尺一寸的退縮。
根據總前委的命令，在長達17公里的包圍圈上，全線進攻在12月6日下午4時30分準時開始。
命令中的陳謝集團，就是由中野四縱司令員陳賡和政委謝富治統一指揮的東集團，包括中野四縱、秦基偉的中野九縱、王秉璋的中野十一縱，和豫皖蘇獨立旅、華野特縱砲兵一部，他們所負責的攻擊方向是包圍圈的東部和東北部。
命令中的錫聯集團，就是由中野三縱司令員陳錫聯統一指揮的西集團，包括中野三縱、楊勇的中野一縱、周志堅的華野十三縱、華野特縱砲兵一部，他們所負責的攻擊方向是包圍圈的西部和西北部。
命令中的王杜集團，就是由中野六縱司令員王近山和政委杜義德統一指揮的南集團，包括中野六縱、成鈞的華野七縱、陝南十二旅，他們的攻擊方向是包圍圈的南部。 12月13日，孫繼先的華野三縱也奉命趕到，加入了東南一線的攻擊。
就這樣，我中野、華野兩大野戰軍的九個主力縱隊向黃維兵團的三個軍發動了全面攻擊。黃維兵團本來是四個軍，第八十五軍由於廖運周師起義、黃子華師投誠，已經只剩下一個無兵的空殼司令部，不起任何作用了。
雖然我軍向敵人發起了全面進攻，但根據戰場上具體情況，我軍並未採取猛打猛衝的戰術，為了盡可能地避開敵人的強大火力，減少犧牲，仍然是在原來戰壕作業的基礎上實行逼近猛打，一塊一塊地消滅敵人。我軍的指戰員把這種戰術叫做“剝皮戰”，就是一層一層地把敵人的皮剝掉，最後來割心挖肺。為了能最有效地“剝皮”，廣大指戰員還創造了不少新方法，例如“飛雷”就是其中的一例。
對於我中原野戰軍來說，最缺是重武器，這就顯得對付黃維兵團這樣的密集型兵力防守陣地缺乏殺傷力。在戰鬥實踐中，中野四縱十一旅工兵連的副排長高文魁試探著搞出一種炸藥發射筒，就是在汽油桶外邊箍上幾道鋼圈，裡邊裝上炸藥包發射出去，一次可以發射好幾十公斤，雖然距離不可能遠，但對於戰時的對敵距離已經完全夠用。幾十公斤炸藥飛到哪裡，哪裡就會發生強烈爆炸，連地面上都會炸出寸把寬的口子。當時敵人修築的所有工事、地堡都是土木結構而不是鋼筋混凝土結構，所以只要這種炸藥包飛過去一炸，立即開花，幾十米以內的敵人也都會全部殺死，很難有一個倖免的。在攻打張圍子的時候，高文魁和他的戰友們曾經製造了這種炸藥發射筒80多個，一共發射了1700多公斤炸藥，把敵十四軍都炸懵了，以為是解放軍從蘇聯得到了什麼先進的新式武器，連胡璉到前線陣地上視察時，聽到一聲聲巨響，也以為是天上在打雷。這種自製武器很快就受到了大家的喜愛，各部隊紛紛仿製，並給它取了一個好聽的名字——飛雷。當時我們後方製造炸藥的能力很強，幾年來攻城破堡都是以炸藥包為主要手段，而汽油桶在當時的戰場上敵人又大量遺棄。這樣，飛雷這玩意兒很快就在戰場上普遍使用了起來。
就這樣，我軍戰士們喊著“打下黃維，直搗南京，解放全中國”的口號，利用不斷向前延伸的戰壕，解決了敵人盤踞的一個一個村莊：李圍子、李土樓、小李莊、小周莊、宋莊、東馬圍子、西馬圍子……敵人所盤踞的地盤一天天縮小。當地的老百姓有一個形象的比喻：黃維剛來時所佔有的地盤，相當於雙堆集的區長，不久就變成了鄉長，再後來則成了村長。
當然，敵人困獸猶鬥，戰鬥仍然打得很艱苦，每一次戰鬥，我軍都付出了不小的代價。為了攻占小李莊，我陝南十二旅和敵人第十軍反复爭奪了十多次，消滅了敵人1000多人，但是陝南十二旅三十五團一營的200多名官兵最後僅剩下了40多人。
在一個名叫張圍子的小村莊，中野九縱在秦基偉的指揮下和敵人的王牌十八軍更是打了一場罕見的惡仗。
守衛張圍子的是十八軍一一八師的三五三團，這是一個號稱“青年團”的國民黨軍王牌軍中的王牌團，無論是裝備還是戰鬥力，在國民黨軍隊中都算是一流的。九縱連續攻了三次都未能得手，胡璉聽到消息之後十分得意，誇獎三五三團“不愧為我十八軍的英雄好漢，不愧你們'青年團'的光榮稱號”。於是，三五三團的團長陸秀山更為得意了。
但是，他不知道，這時秦基偉已經親自來到了前沿陣地，而且秦基偉在前沿陣地上接到了鄧小平的電話：“無論如何要把張圍子打下來，有什麼困難可以跟陳賡提出來，千萬別窩在心裡。”
秦基偉仔細觀察了陣地上的情況之後，重新調整了兵力：他調上來七十六和七十八兩個團，親自指揮部隊從兩個方向同時進攻，在敵人顧此失彼之際，命令部隊打近戰，逼攏敵人拼刺刀，讓敵人的火力優勢發揮不出來。這一招果然見效，陸秀山抵不住了，只好向胡璉叫苦求援。
胡璉在電話中得知他的王牌團隊實在無法招架，即將被全部消滅之時，竟然喪心病狂地下令砲兵集中火力向張圍子猛轟，將他的三五三團和我九縱攻進去的部隊全部淹沒在了一片火海之中，雙方部隊在張圍子沒有一個活著出來。
就在我軍發起全面強攻的第二天，黃維和胡璉就知道發生了什麼情況：兩軍相持的10天已經過去了，解放軍對他們的情況已經熟悉了，總攻已經開始了。蔣介石給他們的“堅守待援”任務他們已經完成了一半，可是援軍卻一點希望都沒有，因為他們已經清楚地了解，杜聿明集團不僅不能前來援救，連自己也又成了包圍圈中人。李延年和劉汝明的援軍同樣遭到了被阻擊、被包圍的命運。這樣下去，要不了多久，三個集團都難以保存下去。黃維心中是一片追悔和失望，胡璉畢竟要年輕一些，還想做最後一搏，他不願就此在包圍圈中束手待斃，而想要拼死突圍，或許還能有一線生機。但是，蔣介石給他們的命令是堅守待援。這幾天中，凡是身處危機、面臨消滅的國民黨軍隊的高級將領往往都會得到從空中丟下來的蔣介石的親筆信，他們這兩位重要的天子門生當然也是少不了的，信中對他們的要求仍然是堅守待援。胡璉決定親自去面見蔣介石，要求批准突圍。當他把這一打算告訴黃維時，他未能想到，黃維不僅勸他立即動身，還要他去了就不要再回來了，因為黃維要比胡璉想得遠一點，萬一自己完蛋了，總還得有一個十二兵團的負責人來為十二兵團料理善後。黃維對他的這位老部下說出了肺腑之言：“伯玉（胡璉字伯玉），你去了之後就不要再來了。我們已陷危局，前途難卜，生死也難預料。為了與共匪長期作戰，人才要緊。千軍易得，一將難求。即便我們有一天全部罹難，你還可以重振隊伍，恢復舊觀。”十分感動的胡璉立即離去，從那個專為他修築的小機場上起飛了。這一天是12月7日。
蔣介石未想到胡璉竟然會在這時冒險飛回南京，他決定親自宴請胡璉，並讓參謀總長顧祝同、參謀次長林蔚、空軍副總司令王叔銘、華中“剿總”副總司令宋希濂陪同。陪同的還有這兩年幾乎與蔣介石形影不離的蔣經國。在這幾人之中，王叔銘、宋希濂和被包圍在徐州附近的黃維、杜聿明，都是黃埔一期的同學，在這時來談論徐州戰場，他們心中的確別有一番滋味。
胡璉向他的校長報告了戰場上的具體情況，提出了突圍的意見。當然，為了保證突圍能有一線希望，他要求能從空中盡可能增加援助。蔣介石對戰場上的情況是了解的，因為王叔銘曾多次飛往戰場上空，向他做過多次報告。現在他的確已經沒有任何可以確保能夠挽救徐州戰場上這幾十萬部隊的能力，如果有的話，他早就用了。但是，他又必須做出最後的努力。在幾經考慮之後，進餐的人終於聽到了一句他們每個人都未能想到的話：“伯玉，為了你們突圍成功，為了此戰決勝，我將命令空軍對'共匪'陣地投放糜爛性毒氣彈！不如此不足以消滅'共匪'，不如此不足以改變形勢，不如此我們就要亡黨亡國！”聽了蔣介石說出這樣的話來，在座的高級將領們都默不作聲。他們明白，使用糜爛性毒氣彈是違反國際公約的，他們的校長竟然要出此下策，這不僅是孤注一擲，更是即將要“亡黨亡國”的先兆。
同時進餐的人還有一點未能想到，進餐之後，蔣介石還在百忙之中特地安排了一場電影與他們同看。電影不是美國好萊塢的新片，而是在中國幾乎是人人熟悉的描寫那位在山河破碎時為國盡忠、被俘不屈、捨身成仁的著名英雄的故事《文天祥》。從電影開始到結束離去，蔣介石一直與學生們同看，但是，一直一言不發。因為，一切盡在不言中了。
12月9日，胡璉仍然乘著那架小飛機，飛回了雙堆集。在飛機上，他有意讓飛機多繞了幾個圈子。他從空中清楚地看到，杜聿明集團和李延年、劉汝明兵團距他的十二兵團都不遠。在相互之間所阻隔著的地帶上，給他印象最深的，不是解放軍的幾十萬大軍，而是密如蛛網般的戰壕和交通溝。在杜聿明集團周圍，在十二兵團周圍，這種壕溝是一圈一圈而又前後相通，有如蛛網狀，這是難以突破的包圍圈；在李延年和劉汝明兵團前面，這種壕溝則是一道一道而又前後相通，有如皺紋狀，這是難以逾越的阻擊線。在這些壕溝之中，無數的解放軍官兵在穿梭般地忙碌著，運動著。當他的小飛機降低高度時，雙堆集外面一層層壕溝中來往忙碌的情景就看得更清楚了，來往穿梭的人們把一層層包圍圈似乎拉動了起來，在雙堆集周圍形成了一個巨大的旋渦，旋渦在不停地旋轉，而旋渦的中心就是雙堆集。