考虑到塘沽的蒋军有可能从海上逃路。因此，毛泽东决定：下一步行动是围歼津、塘之敌，控制海口，切断和封闭蒋军的退路，进一步孤立北平。
按照原计划，应该首先攻歼塘沽守军，后来怎么又决定先打天津呢？
原来，塘沽是一个背面靠海的港口，附近地面开阔，河渠纵横，像蜘蛛网一般，还有大片大片的盐田。因为碱性大，虽是滴水成冰的天气，也不结冰。步兵不能跋涉，炮兵、坦克部队也施展不开。
同时，塘沽守敌侯镜如把他的司令部，设在塘沽口外的军舰上，只要情况紧急，就会逃走。如果我们先攻取塘沽，是很难全歼敌人的。这样，势必拖长解放全华北的时间。后经中央军委批准，改变了原来的作战意图，毅然决定不打塘沽，直捣天津，只以一部分兵力监视塘沽。
面对天津强大的防御工事，东北野战军决定集中5个纵队22个师共34万人，并配属大口径火炮538门、坦克30辆、装甲车16辆，由参谋长刘亚楼组成前线指挥所统一指挥，强攻天津。刘亚楼的前进指挥所就设在天津西十余公里之杨柳青镇。
在战前的部署会议上，刘亚楼提出：“先吃肉后啃骨头，在金汤桥会师！”
天津市区的形状是南北长、东西窄：南北长二十五华里，东西宽十华里。高大建筑物在南部，一般平房在中部；市郊开阔，南部多为水网区。
天津敌人的防御特点是：北部“兵力强”；南部“工事强”；中部“皆平常”，也就是战斗力强的部队在中部和北部，弱的部队在南部。
于是，会上确定了进攻方针：东西对进，拦腰截断，先南后北，然后分割围歼。一纵和二纵的任务是并肩从天津城西和平门突破，由西向东挺进；七纵和八纵两个纵队在天津东面民权门一带楔入，由东向西挺进；两路部队在金汤桥会师。另外还有一个纵队在天津南面的尖子山一线，向北攻击；一个纵队做预备队。在紧张地进行战斗部署的同时，刘亚楼也按照上级的指示与陈长捷接触谈判。
1月4日，陈长捷在司令部刚刚喝下一口茶，司令部的一位参谋急匆匆地走了进来，递给陈长捷一封信。
“哪里来的？”
“共军。
陈长捷赶紧展开书信，原来是林彪、罗荣桓写给他的劝降书。
陈长捷一看，是要他们仿效长春郑洞国将军的榜样，自动放下武器。信中最后还提出，希望他们在我总攻击未发动之前，迅速派代表来商谈。
陈长捷想拖延时间，探听虚实，摸清野战军攻城的准备，于1月10日、11日，他两次派出一伙穿着长袍、戴着礼帽的伪参议会成员组成的代表团，出城谈判。
刘亚楼一眼就看穿敌人的花招，便将计就计，故意把接见他们的地址放在城北，让他们产生我军攻城指挥部设在城北的错觉。刘亚楼要代表们转告陈长捷放下武器，实行和平解决，并限令在48小时以内答复，否则我军将于1月14日发起总攻！
事后为了迷惑敌人，事后刘亚楼又使用重炮向天津北部进行试射。果然，陈长捷误认为我军攻城指挥所设在城北，主攻方向也在城北面，就急急忙忙把他的主力第151师从城中心区调到市北边加强防御。”
1月12日20时，中央军委和毛泽东电示林彪、聂荣臻：“如该敌不能接受你们所提条件，则你们应于适当时间内攻占天津”。
前线司令部决心先打破敌人的放水计划，一面四处寻找当地群众出主意，一面沿河水调查。终于在南运河上游独流和马厂附近找到了碱河的水闸，把水闸打开，让南运河的水流入碱河，切断了护城河的水源，就这样解决了攻击天津的水患问题，但是护城河的河水仍是很深。
13日，陈长捷拒不答复和平条件。
淮海战役胜利结束后的第4天——1月14日，我军开始对天津守敌发起总攻。
清晨，这座华北滨海城市的上空，像往常一样浓雾弥漫，白茫茫一片。根据几天来摸到的气象规律，浓雾总是在十时左右才消失，所以总攻的时间选定在10时。
此次，东野第1纵队司令员李天佑和政委梁必业负责指挥第一、第二纵队和特种兵部队23的炮兵及20辆坦克，在西面和平门南北地段，由西向东实施主要突击。
9点30分，只听一人喊了一声：“九点三十分了！”
刹那间，500多门大炮一齐怒吼，上千发炮弹呼啸着划空飞过去，倾泻在城墙上、堡垒上、暗堡上。预定的突破口烟尘滚滚，砖石、泥土飞上半空，碉堡、暗堡纷纷倒塌，地雷baozha，铁丝网飞腾。敌人炮火也被我军炮火压制住，全都变成了哑巴。两架敌机刚飞临我阵地上空，就被高射炮一阵排击，打得它们拖着两股长长的浓烟，坠了下去。
这时，一些战士喊道：“坦克出动了！”
李天佑一看，果然几辆坦克嘎嘎地吼叫着，从阵地纵深冲向了前沿，显得十分威风。半小时的炮火掩护之后，尖刀连和坦克前进到护城河边。
护城河这道前进的障碍，竟在野战军跟陈长捷部展开放水的不断斗争出现了奇迹：陈长捷部放一次水，野战军堵一次水，结果，流进一层水结一层冰，河面上的冰越冻越厚。人，可以从冰上通过。至于原来大家想出的苇子桥、木船桥以及坦克沉在河中心……这些渡河方法，都不必使用了。
护城河的冰面虽然被炮弹炸开大大小小的窟窿，却仍很结实，战士们可以绕过或跳过去。他们有的失脚落在冰窟窿里，有的陷在雪堆烂泥里，但是仍不顾浑身湿淋淋，爬起来又飞奔向前。有的剪开了残存的铁丝网；有的爬上了敌人的碉堡；有的爬上了倒塌的城墙。两个尖刀连的战士，一齐拥向和平门突破口。
和平门紧贴着护城河，城门被层层叠叠的沙袋封祝城门前有座石桥跨过公路，桥面上堆放着厚实的沙袋，“插翅”也难通过。这一段城墙伸在两翼的前面，格外突出。城墙上碉堡、暗堡林立，十步一小碉堡，百步一大碉堡。大碉堡周围有许多小碉堡，形成子母堡。各段城墙还有火力支撑点伸出来。各个堡垒的火力都拱卫着和平门，火力可以互相交叉支援。护城河外是密集的布雷区，布雷区外是好几道鹿砦、铁丝网、木桩……
部队在坦克的配合下向前攻击。天色不知不觉的暗下来了。前线不断飞来汇报“部队情绪好极了，斗志旺盛！”
“插得猛，插得快！”
各部队一齐向天津市区猛攻。城西两个纵队，城东两个纵队，象4只铁拳，两面夹击，使敌人无法招架，首尾难顾。各个突破口展开了恶战。我军指战员在突破口与敌人展开了白刃格斗。市区敌人出动了坦克，被我们的反坦克炮顶回去了。突破口堆积着敌人的尸体和散乱的qiangzhi，各先头团在连续击退敌人的反击后。以迁回、包围的动作，顺大街小巷向纵深发展。
天津守敌被分割成数块，陷于极度混乱状态中。陈长捷再次向傅作义告急，傅作义的回答仍是“再坚持两天就有办法。陈长捷听后把电话摔在桌子上，对部下说：“这是让我们牺牲，做他们讨价还价的资本。”
冬夜，寒风越吹越紧。李天佑和梁必业带着十多个人，踏过冰块和雪泥，越过突破口敌人的尸体，赶进城去。昏暗的手电筒光照着地上，只见弹坑密密麻麻。不时从黑暗中射出一阵冷枪，炮弹仍在头顶呼啸而过。
1纵队1师2团8连最先插往金汤桥，连长赵芳玉和指导员卢锡勤找到一位老乡，了解了通向金汤桥的道路和沿途街口的工事情况，便经僻静小巷在敌人间隙中穿行，于夜11点到达横跨海河的金汤桥边，他们首先闯进了天津市警察局的办公室，把“约法八章”扔给失魂落魄的警察局局长李汉元。
李汉元战战兢兢地读着“约法八章”，喃喃地说：“贵军神速，神速，没想到，没想到，……”桌上的电话机还在响着，李汉元对着查询战况的上级，只好撒谎说：“平安，平安，无事，无事。”
与此同时，8连1排长赵相林带人摸过桥去，在碉堡旁吹起哨子喊“集合”，一枪没放就活捉敌人一个排。刚把俘虏押进警察局大院，忽听东马路上吵吵嚷嚷过来一伙敌人。赵芳玉连忙命令战士们在桥头埋伏好，赵芳玉连长喝问：“哪一部分的？”
“26师炮兵营，奉长官命令到河东去！”
天津守敌的联络人走过来，当他发现情况不对，正欲止步时，8连的战士们上去把他扭进了碉堡。
赵芳玉接着喊：“弟兄们，请过桥吧。”
就这样，26师炮兵营毫无戒备地走来，8连一枪未放，又捉了六十人。后面跟进的天津守军另一个连，听见前面捉人，撒开腿逃了回去。
15日清晨，1纵队攻到了敌人最坚固的支撑点海光寺，敌我双方利用院内的墙角、沙袋，展开激烈拼杀战，逐屋争夺，从院内打到屋内，从楼下打到楼上，抓了大批俘虏。
1师1团刘海清副团长带领前卫营打到防守司令部的西北角。副排长邢春福带领战士冲进防守司令部，从楼下打到楼上，抓到大批俘虏。正在清点俘虏人数，排长跑来，指着一个庙堂喊道：“快到那边去抓大头子！”
他们跟敌人拼了一阵手榴弹，躲开了迎面飞来的一阵机枪子弹，冲进了富丽堂皇的地下室：“别动！举起手来！”
在地下室微弱的灯光下，十几个军官，其中有三、四个“将军”，都颤抖着举起手来。一个肥胖的中等个子，死眉死眼，有气无力地躺在沙发上。
王义凤把敌人的shouqiang都缴了，副排长又叫傅泽国请来了副营长。战士们逐个登记了这些国民党大官的名字。登记到胖子的时候，这个胖子刚说了个陈字，战士傅泽国就打断了他的话：“知道，知道，你是警备司令官陈长捷！”
15日下午4时，枪声稀落下来，攻城战斗胜利结束。陈长捷调到城北部的守敌主力151师，则被完全包围孤立，没有投入战斗就放下了武器。这时，1纵1师的战士占领了天津广播电台。
一位战士对那帮还在谎报战情的广播人员说：“小姐先生们，可以休息了！”
接着，他便以嘹亮的、胜利的声音向人们宣告：“天津解放了！”
李天佑纵队司令很快来到了离师部不远押着陈长捷的一个房子里。走进去，李天佑一眼就认了出来虽然大大发胖了的陈长捷。李天佑走过去问他：“陈长捷，还认识我吗？”
他睁大疲惫不堪的眼睛望了又望，似乎还认得。但他马上低下头去，什么话也不说。
15日下午，天津全城宣布解放，整个战役仅仅用了29个小时，刘亚楼也实现了30小时打下天津的承诺。这一战，全歼守敌1个警备司令部、2个军部、10个师共13万人。活捉陈长捷和86军军长刘云瀚、62军军长林伟俦以及天津市长杜建时。15日，天津解放。侯镜如率塘沽守军5万余人由海上南逃，东北野战军第12纵队歼其后尾掩护部队3000余人，解放了塘沽。
第二天，陈长捷被押送到通县五里桥，在那里，他见到了傅作义派出的和谈代表邓宝珊，这是平津前线司令部的精心安排，目的在于让傅作义尽快签署和平协议。
但是，这对于陈长捷来说是莫大的刺激。一见面，陈长捷便对邓宝珊大吼：“你们这些混账家伙，作为谈判代表，只知道拖延时间，把我们当成谈判桌上讨价还价的资本，这下好了，我们完了，看你们还找谁来垫背，来当这个替死鬼。”
气消了以后，他又找到邓宝珊谈话，对他说：“告诉傅先生不要再打了，再打已经没有出路，天津就是个例子。”