1948年10月12日，东北野战军司令员林彪向野战军各纵队下达了攻击锦州的部署命令：以第2、3纵队和第6纵队第17师、炮纵主力，配属特种兵战车团，组成北突击集团，统归第3纵队司令员韩先楚指挥，从城北和西北并肩向南实施主要突击；以第7、9纵队及配属的炮纵一部，组成南突击集团，由第7纵队司令员邓华统一指挥，从城南向北突击；以第8纵队及配属的第1纵队炮兵团组成东突击集团，从城东向西实施辅助突击；炮纵余下1个团由炮兵纵队直接指挥，实施远程炮火支援。总攻时间定于10月14日上午11时。
为了攻下锦州，东野前所未有地投入了5个多纵队16个师兵力，共约20万人；集中了炮纵和各纵队的山炮、野炮、榴弹炮、加农炮等重炮320门，加上各式大小迫击炮总计600余门，还有15辆坦克，兵力、火力均极为强大。一次战斗中能投入如此之多的重型兵器，这在我军建军21年的历史上还绝无仅有，怪不得毛泽东笑谈说“林彪现在壮了”。
反观困守锦州的国民党军范汉杰集团，人数虽有近10万之众，但重型火炮仅有70门，在火力对比上落入了绝对劣势。林彪曾经对攻击坚城锦州的千万种担心，瞬间化在了一片谈笑间樯橹灰飞烟灭的炮火霓虹之中。到了后来的总攻天津之时，林彪干脆大撒把，让刘亚楼去搞！这就是通过辽沈战役打出来的胆气，中国大陆上再没有一支国民党军队能挡住东北野战军的雷霆一击了。
林彪大军对锦州越围越紧，塔山方向的东进兵团迟迟过不来，沈阳的西进兵团更是没动静，范汉杰真是毛了脚了。此时锦州城内也一片混乱，由于构筑的防御工事主要在外围，城内阵地设施很少，各部队只好在驻地附近杂乱无章地修筑工事，根本形不成体系。8、9万大军拥挤在狭小的城区内，外无救援，士气低落，已现败象。无奈之下，范汉杰于10月14日凌晨命令步炮协同向城北侧的解放军阵地发起反击，以试探林彪大军的虚实。由于城内楼房的遮挡，国民党军炮兵没有合适的观察所，因而只能向外瞎打，加上缺少炮弹，仅有的炮火力量也失去了效力。还没等打上几炮，就遭到了东野部队的猛烈炮火压制，根本无法抵挡，很快便偃旗息鼓了。
下面就该轮到解放军了。14日9时，东野攻城炮火开始试射，根据弹着点修正射击诸元。10时整，数百门火炮同时对锦州发起火力准备，其势如排山倒海，无数火球砸向锦州。这是建军以来，第一次在同一时间、同一地点集中使用如此大量而密集的炮火。在兵团司令部的范汉杰大为震惊，他终于意识到，锦州已经完了。
按照原定的攻城计划，炮火准备时间长达60分钟，分段射击并向前延伸，掩护各攻击部队进入阵地，沿交通沟迅速接近城垣，爆破突破口，然后再发起冲击。不过情况有了意外变化。在担任主攻的北集团方向，集中了100多门重炮和全部15辆坦克，炮火准备计划最为周密，准备一举砸开城防。然而还在炮火准备期间，西北方向配属第2纵队的坦克分队就已提前出动，第2纵队第一梯队第5师的尖刀连也跟着发起了冲锋。这时要是还按照原定的炮火准备计划，就有可能伤到接近城垣的自己人。在前沿指挥的第2纵队第5师参谋长汪洋当机立断，命令炮兵火力提前向纵深实施延伸射击，并提前发出了冲锋信号。第5师各主攻连此时已沿提前挖好的3000米交通沟接近到了距守军阵地仅60米位置，接到命令后便如猛虎般直扑城垣，仅用5分钟就将其突破，于10时45分杀入城内展开巷战。
汪洋参谋长是东野部队中的有名才子，他指挥的第2纵队第5师被东北军区司令部评价为“东北部队中最有朝气的一个师，突击力最强，进步快，战斗经验丰富”“为东北部队中之头等主力师”。后来第5师改编成了中国人民解放军第39军第116师，于抗美援朝战场上首战云山，痛击美军骑1师，打出了模范的国际战例。汪洋在1955年被授予大校军衔，1964年晋升为少将军衔。将军晚年著有《十次突击》一书，是极为珍贵的战争回忆史料，受到了军史界很高的评价。
位于第2纵队左翼的第3纵队速度也不慢，在强大炮火支援下于10时50分突入城内。不过，最先突破锦州城防的却不是主攻方向的北集团，而是助攻方向的南集团。在东野攻城的炮兵力量分配上，南集团第7、9纵队获得的炮火支援较少，因而更注重提前接敌。当炮火准备还没有延伸射击时，第7、9纵队第一梯队就发起了冲击。其中从东南侧进攻的第9纵队第25师75团于10时20分从太子街方向突破城垣，并肩攻击的第26师76团5连在突破城墙时还打出了一个“四竖红旗”的英雄事迹；从西南侧进攻的第7纵队第21师61团突击队于10时25分登城成功，第20师58团也紧随突破。在设计锦州城防时，范汉杰将防御重点放在了城北，因而兵力配置较强。他没有想到，首先被解放军突破的却是城南。不过，解放军南北方向被突破的时间相差不大，两把尖刀迅速杀入城内，范汉杰是怎么也招架不住了。
战至11时左右，除第8纵队外，各主攻部队已全线突破城防。倒霉的又是这个8纵。该部从城东实施辅助攻击，炮火准备时间最晚，别的纵队都突破城防半个多小时了，他这边才于11时40分开始进行炮火准备。到了下午13时15分8纵发起冲锋，结果遭到国民党军火力拦阻，步炮协同又组织得不好，屡攻不克，一直折腾到晚上19时后才取得突破。在2009年上映的影片《建国大业》中，唐国强饰演的毛泽东大半夜站在西柏坡房顶上长时间望着锦州方向。刘劲饰演的周恩来来到房下关切地问候主席，毛泽东不耐烦地问道：“10点半还没突进去的是哪个部队呀？”周恩来无奈地答道：“8纵。这个问题呀，你都问了五遍了。”8纵，在领袖那都挂了号了。好在8纵知耻而后勇，后来改编成了中国人民解放军第45军，进军中南时勇锐当先、一往无前，在歼击白崇禧集团主力的衡宝战役中打出了“猛虎扑羊群”的风采。
当年在拍摄电影《大决战》的时候，首席导演杨光远带着人在锦州周围前后跑了六趟，又三次踏勘外景，最后才将拍摄场地选在了距锦州30公里的大牛邨地区。这里有一处河堤的高度和土质都比较适合拍摄需要，经过改造后就成为了影片中的出现的那座“锦州土城”。杨光远还组织编创人员查阅了大量史料，竭尽全力还原锦州战役时的战场风貌。影片中摄像机从空中俯瞰锦州城区的宏阔场面，凝聚了剧组人员的多少心血呀！
攻进锦州城内后，各部队猛打猛冲，像无数把尖刀插入守军纵深，与敌人展开了激烈巷战。为迅速扩展战果，加强突击力量，北集团总指挥韩先楚不失时机地祭出了预备队：第6纵队第17师，下午从突破口北侧投入了战斗。第17师的进攻方法与别的部队不同，采用一个营攻一条街及“四组一队”的战术，擅长爆破和穿墙打洞向前推进，边侦察边调动部队，以迅猛的动作分割穿插敌人，并且以缴获的美制火箭炮进行清障，因而进展非常迅速。投入战斗仅20分钟，第17师就摧毁了敌人21个地堡，消灭了60余名敌军，沿数条大街插入了守敌纵深，打碎了敌人的防御体系，掩护后续部队逐个包围摧毁敌核心据点。
协同攻城的坦克分队打得也很猛，支援2、3纵部队突破了城垣。进城后，由于坦克没有无线通信设施，无法统一指挥，只能主动配合部队打仗打。有一辆编号为102的日制97式坦克单车前进，沿大街向前猛冲，以火炮、机枪攻击沿途的敌军和暗堡，连续打掉了敌人数个火力点，为步兵扫清了道路。这辆坦克是解放军在东北接收的第一辆坦克，因为样式老旧，大家都叫它“老头坦克”。在锦州战役中，驾驶员董来扶等车组人员驾驶102号坦克猛打猛冲，支援步兵攻坚拔点，为战役胜利做出了重要贡献。战后，这辆坦克被上级授予了“功臣号”荣誉称号，并参加了开国大典阅兵式，至今还收藏在北京中国人民革命军事博物馆内。
在解放军猛攻之下，锦州城内的弹药库和汽油库均被炮火打着，街道上火焰冲天。国民党军的指挥协调系统遭到了重创，防御力量进一步减弱。打到黄昏17时30分，林彪下令：“今晚各纵队应继续作通夜之作战，打得敌人没有机会重整已烂的部署。”林总的指挥艺术，正是不动则已，动如霹雳，攻击节奏如绵绵潮涌，一泻千里。
经过一夜混战，15日拂晓时多路攻击部队已在城内会师。城内国民党守军遭到猛烈切割乱成一团，阵地被越压越小，敌兵团部也被占领，转移到地下室指挥的范汉杰已联系不上主要部队，无法实施有效抵抗了。无奈之下，他只好指挥身边一起退入老城区的1万多兵力拆毁民房扫清射界，依托街道、胡同进行顽抗。城内其余的国民党军已失去指挥，只能各自为战，四散突围了。
15日中午，林彪及时调整了部署，以第2、7纵队分别从东北、西南实施对进夹攻，一举切开已缩入老城区的残敌防线，打乱其部署，将敌人各个歼灭。南集团总指挥邓华的老部队第7纵队表现出色，进城后一路杀来，连续突击范汉杰的指挥中心中央银行及陆军医院、锦州电影院等核心阵地，先后敲碎了城内最坚固的守敌核心据点。在解放军各部的向心猛攻之下，锦州守敌完全陷入了崩溃状态。战至15日18时，锦州城内的国民党军全部被歼，锦州攻坚战胜利结束。范汉杰和第六兵团司令兼锦州警备司令卢浚泉等高级将官化装逃走，在途中先后被解放军识破俘获。
锦州攻坚战历时31个小时，东北野战军取得了前所未有的攻坚大胜。共歼灭守敌1个兵团部、2个军部、7个多师，毙伤敌1.9万余人，俘敌8万余人，包括范汉杰、卢浚泉、杨宏光、张作相等将官43人；缴获各种火炮1121门、各种枪支4万多支、坦克8辆、汽车258辆及大批军需物资。东北野战军也伤亡2.4万余人（加上外围战斗共伤亡3.1万人），付出了较大代价。
如果说辽沈战役是一场激烈的体育比赛，那么锦州战役无疑是其中最关键的赛点。林彪指挥东北野战军赢得了这个关键赛点，就如《东北日报》的社论中所说：“敌人失去了锦州，其实际意义，就等于失去了全东北。孤守长、沈之敌，从陆上逃跑的后门，从此被紧紧地关闭起来了。东北敌人的最后被歼，及全东北的最后解放，已经为期不远了。”
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