1948年3月，蔣介石深知洛陽的戰略意義，但是為了穩固漢中，不得抽調兵力馳援西安，造成洛陽成了孤城，於是派心腹邱行湘鎮守洛陽（邱行湘，黃埔軍校第五期畢業，因在東北戰場頗有建樹，深受蔣介石寵信）。儘管邱行湘 206 師屬下，現僅有5個整團，外加4個炮兵連、3個保障營和1個汽車營，但其人員近2萬，且為蔣朝“太子”蔣經國一手訓導，官兵思想頑固，武器裝備也全為美式，實力強勁。
坐鎮徐州的國民黨陸軍總司令顧祝同，從有關偵察報告中獲知，中原地區的人民解放軍正向洛陽附近地區集結，有攻取洛陽徵候。為防患於未然，他即刻命令位於平漢鐵路許昌、漯河地區的整編第 47軍，整編第18軍，統歸陸軍總司令部鄭州指揮部主任孫震指揮，集結待命增援洛陽。孫震便給他發來了電報，一方面通報，豫西共軍主力約4個縱隊連日由襄禹地區北進，有犯洛陽企圖，且孫、胡兩兵團已向洛陽開進，另一方面要求該師應固守洛陽既設陣地，並協同外圍兵團聚殲來犯之敵。
陳（陳賡，原名陳庶康，1922年加入中國共產黨。1924年入黃埔軍校第一期學習，1955年被授予大將軍銜）謝、陳唐兩路大軍所屬各縱隊接到進攻洛陽的命令後，迅速逼近洛陽。王建安司令員率領他的華野八縱，馬不停蹄，直奔偃師與黑石關，準備阻擊洛陽以東的援敵。孫震和國民黨軍第47軍軍長孫元良，非常重視守衛與控制黑石關。他意識到，解放軍為了阻擊援軍，勢必要搶奪黑石關；如果不保住黑石關，國民黨軍隊的援洛之路就會被封死。他與孫元良商量，一面命令黑石關守敵加強戒備，一面命令增派一支援兵，火速趕往黑石關。黑石關的守敵接到命令，又得知共軍先頭部隊已到達芝田鎮，立即緊張起來，加派了崗哨，隨時準備作戰。
當日晚，第65團向黑石關發起進攻，沒有攻下。第二天，援敵第127旅第379團到達黑石關。當夜第65團再次發起攻擊，仍然沒有攻下黑石關。第八縱隊23師的任務是，攻佔偃師，並依據有利地形構築工事，於洛河以北、黑石關以西地區，阻擊敵人向西增援洛陽。3月8日夜，23師強渡洛河，並進佔偃師。考慮到 23師已經渡過洛河，王建安果斷決定：第八縱隊立即停止對黑石關的攻擊，並於黑石關以西、芝田鎮一線，跨洛河設陣，阻擊由鄭州西援之敵，並向登封方向派出偵察警戒，以掌握胡璉兵團來援情況。
第九縱隊也於7日晚襲佔新安，太嶽第5軍分區部隊則於9日克澠池，控制了阻擊可能由潼關東援之敵的陣地。3月9日，第三、四縱隊秘密渡伊河、洛河向洛陽奔襲。傍晚，第三縱隊第23團在石一寰率領下，以遠距離奔襲手段一舉攻佔洛陽東關。接著，第三縱隊 9 師也突入了北關，並佔領了東西車站，取得了攻城依託。3月9日黃昏時分，華東野戰軍三縱隊在司令員孫繼先的率領下，包圍並殲滅了東關、北關、東西兩車站及九龍臺、美國醫院等要點之敵，奪取了攻城的依託。此時，陳謝兵團第四縱隊從城西和城南進攻，以突然動作肅清敵屯兵場西工和西關之敵，切斷了敵軍城內與城外的聯繫，並攻佔了洛陽的門戶周公廟和西工發電廠。至此，洛陽外圍之敵被肅清。
針對敵人的工事構築與設防情況，陳賡等戰役指揮員經研究決定，第三縱隊，以第23團主攻東門，第24團為二梯隊；第20團主攻北門，第25團為二梯隊；第22團由東北門攻擊，第21團為二梯隊；第27團為縱隊預備隊。第四縱隊，以第 29團主攻西門；第31團、第32團主攻南門；第28團、第30團分別由南、西兩門攻擊，其他部隊分別擔任二梯隊和預備隊。東門是敵設防的重點，擔任主要方向作戰任務的是第三縱隊第8師，並將師的炮兵營配屬第23團。這樣，第23團加上團屬炮兵連，計有各型火炮32門，並以其組成了兩個火力隊。同時，第三縱隊也以3門野炮和第24團的炮兵分隊擔負該方向突擊前的火力支援。
3月11日黃昏，人民解放軍攻城的炮火已開始在洛陽震響。隨著一陣陣山崩地裂的炮聲，勇士們如猛虎下山，呼嘯著直撲敵人陣地。戰役發起後，三縱司令員孫繼先坐在一座破陋的民房中的地圖前，手拿電話話筒，詢問著各部隊的進展情況。電話裡傳來王師長的聲音： 部隊正在艱難地向前推進，橋頭到甕門的層層障礙已被排除，部隊現正向甕城發展。孫繼先興奮地說：好！好！忽然，王師長的語氣又沉重起來：敵人集中炮火向我突破口猛烈轟擊，後續部隊無法前進，突擊營的電話被打斷了。孫繼先命令道：不惜一切代價，擴大突破口，讓後續部隊進城！攻城戰鬥取得一定進展，但西門、南門、東北門、北門仍未突破，孫繼先來不及多考慮，對王師長說：24團、22團、21團，全調過來，從東門突破口入城，進城後立即展開巷戰！8 師立即調整部署，將其他團隊調到東門加入戰鬥。洛陽城東門被打開了。
陳士榘、唐亮、陳賡等在指揮部裡焦急地等待著部隊攻擊進展的情況報告。邱行湘親自指揮巷戰，但已難以阻擋解放軍的攻勢。敗退的國民黨軍不斷縮進民屋與核心工事內，連洛陽專員劉煥東等也逃入洛陽中學的核心陣地內。儘管還有西工、九龍臺、潞澤會館幾個外圍據點在支撐，但城區基本已被突破，僅有西門和西北角城牆的陣地與洛陽中學的核心陣地和洛陽中學以南的幾條小街區還在邱行湘的手裡。邱行湘已感形勢危急，一面不斷地向國民黨統帥部求救，一面不停地給其殘存的部下打氣。
邱行湘孤零零地率殘部在作最後掙扎。蔣介石僅給他發來了附有幾句勉勵堅守的一紙空文，指派增援的孫元良、胡璉兵團及第二快速縱隊等，以種種原因拖延時間，遲遲不肯向他伸出救援之手。戰至 12 日下午 l4 時，第四縱隊攻擊部隊亦突破了西門。司令員周希漢立即抓起話筒向陳賡報告：我們已經突入城內，正與敵人展開巷戰。陳賡興奮地說： 通知部隊要頑強推進，佔領有利地形，不可戀戰。後續部隊跟進多少？後續部隊正在跟進，28團基本進完。好！命令29團、30團同時跟進。戰至 12 日下午 l5 時，洛陽的所有城門及附近工事均被第三、第四縱隊的攻擊部隊突破，各路大軍在城內實現了會師。
此時，只剩城西北角的洛陽中學的陣地為敵所控，邱行湘率殘敵龜縮在這個百米見方、南北排列有四五棟樓房的核心區域內作最後頑抗。13日，各部隊繼續對殘敵發動攻擊，並將由城區各方向潰退下來未進入核心陣地的國民黨軍，殲滅在敵核心陣地以南地區。在戰鬥中，俘獲了敵第1旅旅長趙雲飛。敵第 2 旅旅長盛絕嶽則化裝藏匿於民居中。
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