7日，华野克李弥兵团司令部驻地青龙集，收复了敌人盘踞的23个据点，逼近杜聿明集团指挥部。李弥率残部逃入邱清泉兵团防区，邱兵团十二军副军长于一凡率残部向华野九纵队投降。是日总计歼敌三个整团另两个连。杜聿明向蒋介石告急，要求飞机轰炸，投毒气弹，掩护突围。
8日，华野总结两天的战斗经验，认为东线部队拥挤，而杜集团有收缩集结突围之征候，于是重新调整部署。其间歼敌两个团大部另两个特种兵连，并夺回了5个村庄。
9日，杜聿明集团在20多架飞机掩护下，施放着毒气，利用火焰喷射器夺路向西突围，华野九纵、渤纵、八纵等部予以迎头痛击，四、十、三纵队等部奋力进击，直捣杜、邱之指挥中心--陈官庄、陈庄。黄昏时分，杜聿明、邱清泉从陈官庄到陈庄，与李弥、五军军长熊笑三共谋对策。随后，杜聿明给蒋介石发电“各部队已混乱，无法维持到明天，只有当晚分头突围”，并通知残部各自“自决”。午夜以后，杜聿明乔装军需处长，化名高文明，带10多名亲信逃至张老庄，黎明时分被华野九纵队十师卫生处休养连活捉。邱清泉带特务营逃到张庙台村西南400米处被击毙，其兵团参谋长李汉萍逃到空降场被擒，七十二军军长余锦元、副军长谭心及三十四师师长陈渔浦、四十五师师长崔贤文率残部先后投降。
10日拂晓，华野四纵、十纵在三纵的配合下，攻克了杜聿明指挥所所在地陈官庄，四纵与兄弟部队配合，攻下了邱兵团指挥部。敌各部失掉指挥中心，整师整团向我军投降。10时，战斗基本结束。10日下午，少数残敌退到陈官庄以西及西北侧的刘集、周楼一带，妄图作最后挣扎。华野四纵、十纵紧追不舍，九纵、八纵、渤纵也急速从其他三面将刘集、周楼包围，三纵则直插敌阵。30分钟后，敌阵被完全攻破。此时，敌坦克部队从周楼向西北突围，至奶奶庙被河所阻，复由北而绕过，逃向夏邑会亭集以西，其中两辆坦克在胡桥为解放军地方部队俘获，所余六辆被华野骑兵部队于会亭集西南歼灭。至此，淮海战役第三阶段，陈官庄地区围歼战胜利结束。
陈官庄之战在中国乃至世界战争史上都是罕见的，人民解放军歼灭国民党军3个兵团部;10个军;25个师、1个骑兵旅，共26万余人，其中毙伤6万余人，俘虏17.7万人，投诚2.4万人;缴获各种火炮1699门、坦克107辆、装甲车26辆，及其他大批武器弹药，取得了淮海战役的最后胜利。段德文兴奋地说：“1949年1月10日16时，杜聿明集团被彻底歼灭，这一天，距人民解放军占领南京，还有3个月零13天，距中华人民共和国成立，还有8个月零20天。”
