1948年5月，經過城南莊會議，軍委批准解放軍華東野戰軍以粟裕任代司令員兼代政委，在江北整訓的第1、第4、第6縱隊暫時不執行過江南進任務，而是聯合劉鄧所部中原野戰軍及地方武裝，集中兵力求得雨季前在中原地區打幾個較大的殲滅戰，特別是重點尋殲國軍邱清泉第5軍等部。
回到華野駐地後，粟裕立即進行組織準備，爾後率領華野主力5個縱隊出動，於5月底渡過黃河進入魯西南地區展開。國軍發現華野動向後，立即調集11個整編師（軍）的兵力，從四面上來圍追堵截，企圖尋找華野主力進行決戰。
為調動敵人，尋找戰機，粟裕令陳士榘、唐亮兵團率第3、第8縱隊由睢縣、杞縣地區北上，奪取省會開封。同時命令華野第1、第4、第6、第10縱隊，在中原野戰軍第1、第3、第9縱隊及山東兵團、蘇北兵團、豫皖蘇軍區部隊和冀魯豫軍區武裝配合下，在外圍阻擊敵人，支援陳唐兵團攻擊開封，並進一步扯開敵人，創造戰機。
防守開封的敵軍主力為整編第66師13旅3個團，另有整編第68師1個團、7個地方保衛團，還有炮兵、高炮、汽車等部隊，共計近4萬人，由整編第66師中將師長李仲辛統一指揮。得知華野部隊向開封奔襲後，李仲辛連忙組織正規軍守城牆，地方部隊守城關和內城，企圖負隅頑抗，並連連向上峰求援。
陳唐兵團受領任務後，以急行軍奔襲開封，於6月16日完成了對開封的包圍。經過對敵情進行偵察和分析後，認為敵軍戰鬥力不強，兵貴神速度，遂將第3、第8縱隊分東、西、南三面展開，於17日發起對開封城關的攻擊。
守城關的敵地方部隊果然不禁打，只經過大半天戰鬥，其主力就被我軍消滅，順利奪佔了城關。此時，奉蔣介石命令，敵邱清泉兵團、劉汝明兵團、區壽年兵團和胡璉兵團急忙向開封馳援，但均被我華野、中野和豫皖蘇軍區部隊堅決擋住。
經過短暫準備後，陳唐兵團於18日夜對開封內城發動總攻。但見黑夜中炮火連天，喊殺陣陣，開封守敵膽戰心驚。我軍於深夜率先突破小南門，但敵軍組織兵力反擊，又封鎖了突破口，困住我進城部隊。然而我進城部隊沉著應戰，利用工事及民房頑強抗擊，連連擊退了敵人的反衝鋒，爭取了寶貴時間。
19日，我軍不顧敵空軍的狂轟濫炸，於白天連續攻擊，相繼從東面、南面、西面突破城牆，衝入城內與我先期進城部隊會合。敵軍拼命抵抗，雙方展開激烈巷戰。蔣介石見開封之圍難解非常焦急，親自乘機飛臨開封上空督戰，向李仲辛喊話為其打氣。然而雙方已經近距離混戰在一起，國軍空軍也已發揮不出威力。
我軍連續攻擊，逐屋爭奪，不斷推進，開封守敵全線崩潰。激戰至21日晚，我軍勝利攻佔敵整編第66師師部據點龍亭，至此開封守敵全部被殲。此次戰役歷時5晝夜，計殲敵1個師部、1個旅部及所屬部隊11個團3萬餘人，擊斃敵整編第66師師長李仲辛，俘虜師參謀長和13旅旅長，取得了攻佔敵省會城市的輝煌勝利。
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