东北民主联军在解放四平的同时，也控制了四平以南至铁岭一带铁路沿线地区。国民党军按其抢占整个东北的既定方针于1946年3 月中旬向“南满”“北满”东北民主联军控制的地区大举进攻。国民党五大王牌军之一——新一军沿中长铁路向北推进；号称国民党御林军的七十一军沿康平、法库一线企图迂回四平。拥有美械装备的国民党军依仗其优势，从沈阳一出发就叫喊“4月2日前占领四平，4月8日前占领长春。”面对这种情况，中共中央先后三次电示中共中央东北局、东北民主联军总部，要“动员全力，坚决控制四平街地区。”根据中共中央的指示，中共中央东北局、东北民主联军总部制订了东北大会战部署方案，上报中央并于4月初在梅河口召开会议，专门研究了保卫四平问题。与此同时，东北民主联军总部从“南满”“西满”及“东满”调集部队于四平以南地区集结，做迎战准备。担任守城的部队在四平市政府、人民群众支援配合下构筑工事，进行一系列准备工作。市区防御先放两个团，辽西保一旅一团守铁路西，万毅纵队五十六团守铁路东。为了统一指挥，成立了四平市卫戍司令部和城防指挥部，由保一旅旅长马仁兴任司令、总指挥；左叶、杨尚儒、邓忠仁为副司令、副总指挥。中共四平市委书记刘瑞森任政委。由于保卫四平之重要，4月初，东北民主联军总司令林彪到四平部署作战事宜，尔后移驻梨树指挥四平保卫战，直至5月18日夜随大部队撤离。

国民党军向四平进攻从投入兵力上看可分两个阶段，1946年5月14 日前为第一阶段，这一阶段投入新一军3个师，七十一军两个师，共5个师。5月14日后为第二阶段，又增加了新六军两个师，五十二军1个师，七十一军1个师，六十军1个师，共计10个整师。东北民主联军先后调集了14个师（旅）参战。

1946年 4月18日，国民党新一军三十师一个团，开始向四平南郊的海丰屯、玻林子和鸭湖泡等阵地发起正面进攻，东北民主联军守城部队奋起还击，四平城区保卫战正式打响。国民党军连续攻城9天，在飞机、坦克、大炮掩护下先后发动数十次冲锋，均被民主联军击退，使其几乎原地踏步。4月20日，民主联军北满七师（杨国夫部）在解放长春后挥师南下，赶到四平前线参战。杨国夫师长担任城内作战指挥。21日，东北民主联军总部又调派三师七旅之二十一团及特务营，协助防守三道林子阵地。战斗愈加激烈。民主联军指战员英勇作战，众志成城，白天冒着飞机、大炮的轰炸，抗击敌人的攻击，晚上突击抢修工事。激战中有的连、排伤亡过半，剩下的战士主动担负起牺牲战友的防御任务，有的阵地连、排干部全部牺牲，战士们自动代理指挥，继续战斗。子弹打光了就拼刺刀，使阵地化险为夷，屹立不动。

国民党军队由于对四平久攻不下，锐气受挫，于4月27日停止了进攻，修筑工事，以待后援，双方形成对峙形势。国民党军只限于搞些夜袭，抵近射击，单纯炮战等小动作，没有大的战斗。当时，民主联军指挥员曾设想在敌后开辟第二战场并制订作战方案，但因种种原因未能得以实施。4月27日，中央军委发电报嘉奖坚守四平的民主联军指战员、工作员。4 月28日，中共中央也发来类似内容的电报。根据中共中央、中央军委的指示精神，东北民主联军总部对防守四平部队重新部署。除原两个团外，又将北满七师六十七团，西满三师二十一团、总部直属炮旅二团增调到四平城区，使守城部队达到5个团。将万毅纵队十九旅、北满七师二十旅、二十一旅布在四平东南角正面；将总部直属一师，第二师摆在四平以北；三五九旅在公主岭一线作预备队。此时，总共在四平地区集结的部队已有14个师（旅）。

经过一段暂短的对峙之后，5月15日双方又开始了更大规模更加激烈的战斗。国民党军集中了10个整师的兵力到四平阵前。国民党东北保安副司令郑洞国、梁华盛亲临前线指挥，部署了左、中、右3个兵团向四平进攻，企图与民主联军决战。其左部兵团为七十一军九十一师、八十七师（残部）在四平以西和西北的八面城、梨树方面进攻；中部兵团为新一军3个师，在四平西南近郊进攻；右部兵团为新六军十四师、二十二师和七十一军之八十八师，由新六军军长廖耀湘指挥，沿开原至叶赫公路向四平进攻；五十二军之一九五师为总预备队；六十军之一八二师担任四平以南的护路任务。5月15日拂晓，国民党军以猛烈炮火向民主联军西南、东面阵地狂轰滥炸，然后采用人海战术成营、成团地进行集团冲锋。在獾子洞阵地前，竟以两个团兵力整日轮番攻击10次之多，均被民主联军击退。5月15日，新一军之五十师以10倍的兵力向258高地进攻，进占该阵地。5月16日，国民党军又向四平东南331.5高地强攻，经过一天激战，民主联军顽强奋战，击退了7次进攻，毙伤国民党军600余。后来国民党军用坦克冲锋、用大炮轰击，民主联军阵地和大部分火器被击毁，阵地被攻占。5月17日，国民党军在空中用飞机扫射轰炸，在地面用大炮轰击，并以坦克为掩护又向塔子山阵地突击冲锋。民主联军战士冒着猛烈炮火，浴血奋战，打退了敌军12次冲锋。由于万毅纵队五十八团一营伤亡过大，东北民主联军总部决定将塔子山阵地移交西满三师七旅十九团守卫。此刻，国民党右部兵团新六军已在叶赫与民主联军三五九旅接火，国民党军预备队一九五师已投入使用，占领哈福，对塔子山构成三面包围。5月18日，新六军又在大量飞机、大炮和坦克的配合下，从东、南、西三个方面向塔子山阵地猛攻。在方圆仅百平方米的小山头，5分钟即落炮弹百余发。坚守山头阵地的民主联军指战员不畏强敌，顽强抗击，打退了敌军多次整营的冲锋，终因力量相差悬殊，阵地失陷。位于四平东南20华里的塔子山阵地，是四平左翼防线的一个要点，国民党军队占领了它，既可俯瞰四平东北一线全部阵地，又可向右翼迂回。对民主联军继续坚守四平十分不利，东北民主联军总部请示中共中央同意，果断决定守城部队于5月18日午夜到5月19日凌晨，全部撤离四平，作战略转移。

至此，轰动中外的四平保卫战结束。

四平保卫战是东北民主联军在中共中央决策、指挥下进行的。对这次作战，中央给予了充分肯定。四平保卫战迟滞了国民党军队北犯进度，为巩固和建设后方根据地赢得了时间。国民党军队1946年4月2日占领四平的原计划在民主联军抗击下，被推迟了49天。在这49天里，东北民主联军后方军队解放了长春、哈尔滨、齐齐哈尔等城市。后方各地方政府，特别是四平周围各市县，发动群众反奸清算，打击敌伪残余和恶霸地主，清剿土匪，建立地方武装，宣传共产党的方针政策，做了大量工作，为后来建设巩固的东北根据地打下了基础。

四平保卫战消灭了国民党军大量有生力量，打击了国民党军的嚣张气焰，提高了民主联军指战员同国民党军队作战的必胜信心。包括外围作战在内，此次作战，共消灭国民党军队1.6万余人。这为后来人民解放军在东北战场作战减轻了压力，国民党军通过此次作战，其上层人物之间矛盾加深，蒋介石因新一军军长孙立人在作战前没有到阵，声言撤孙的职，东北行营长官也声言要处置七十一军军长陈明仁。国民党国防部史政司编写的《绥靖第一年重要战役提要》中关于“四平进攻战”（即四平保卫战）作战检讨中说：“……虽获得四平最后决战之胜利，然已迁延两个月以上时间，使敌以从容脱离战场，未能将敌主力突破。贻以后剿共无穷之后患。”总之，国民党军在此战中遭到严重顿挫，其嚣张气焰大减。而民主联军指战员尤其是在东北新发展的数万名新战士，通过此战彻底消除了对美式装备的国民党军不摸底心理，增强了必胜信心。

四平保卫战结束后，东北民主联军主力部队撤至松花江以北广大地区。从1946年夏到1947年春，经过贯彻中共中央东北局“七·七”会议决议，历行剿匪、发动群众、进行土改、发展军队，使东北民主联军有了可靠的根据地，军队总人数达40余万。取得了三下江南、四保临江等重大胜利，迫使在东北的国民党军队不得不由战略进攻转为战略防御。1947年夏，为了配合关内战场，结束东北民主联军在四平保卫战后被分割于南、北满的局面，进一步消灭国民党军有生力量，从而彻底转变东北战场局势，东北民主联军于1947年5月发动强大的夏季攻势。不到20天时间，相继解放了长春、吉林、四平周围的数十座中小城镇。为了进一步扩大战果，占领东北交通枢纽、切断国民党南、北满之间的联系，1947年6月初，东北民主联军经请示中央军委同意，决定攻取四平。

根据东北民主联军总部命令，1947年6月初，西满纵队、第一纵队先后开赴四平阵地。

6月11日，西满纵队三师攻占四平西郊飞机场，全歼国民党七十一军运输营和保安团一个营共600余人。6月13日，第一纵队二师四团二营攻占国民党军新立屯据点。至此四平近郊的国民党军据点基本被清除，为总攻扫清了道路。 东北民主联军攻城部队指挥部经侦察决定，首先从铁路西市区重点突破进攻。其攻城部队部署为：一纵队第一师、第二师在四平西南新立屯、海丰屯一带担当主攻任务，其后有六纵队第十七师作预备队。西满纵队3个师担任从四平以北、西北向城里突破任务。第一纵队第三师在铁路东佯攻以牵制敌人。6月14日20 时，东北民主联军攻城部队冒着倾盆大雨发起总攻。20时45分，一纵队第二师从新立屯方向突破国民党军防线。15日早2时30 分，一纵队第一师从海丰屯方向突破防线。15日晨，突入市区的一纵队第一师、第二师并肩作战，开始了纵深战斗。由于其它方向尚未突破，国民党军得以集中火力反击突入部队，企图夺回失地。但突入城内的东北民主联军部队经过顽强拼杀，不仅巩固了阵地，而且不断向纵深推进。16日，民主联军西满纵队从四平西北面突破国民党军二麦路防线，又开辟一块战场。17日，攻城预备队第六纵队十七师四十七团投入市区作战，进城后采取一个营打一条街的办法，收到明显效果。19日，第一纵队一师因伤亡过大，奉命撤出四平休整，准备打援。第六纵队十七师另外两个团投入战斗。20日，民主联军攻破国民党军核心守备区，占领国民党七十一军军部。国民党军城防总指挥陈明仁逃至路东，核心守备区指挥官陈明信被俘，四平铁路以西市区全部为东北民主联军占领。21日，六纵十七师同一纵三师配合，从四平市南桥洞一带突入路东市区，攻破路东市区国民党军重要支撑点天主教堂外围据点。同日，民主联军西满纵队从天桥北侧向康德火磨方向突击严重受阻。国民党军在地上撒了层黄豆，民主联军战士冲锋时脚踩黄豆极容易摔倒，国民党军趁机扫射，民主联军伤亡甚重，多次突击均未成功，23日，西满纵队一、二两师奉命撤出战斗，准备南下打援。是日晚，西满纵队一师师长马仁兴中流弹牺牲，时年43岁。

6月 23日，东北民主联军第六纵队十六师、十八师投入四平攻坚战。四平战斗改由第六纵队司令员洪学智统一指挥。25日，一纵队三师攻占国民党军重要据点天主教堂。此后，国民党军残部被压缩在晓东中学、油化工厂一带顽抗，路东市区一半以上被民主联军占领。28日，国民党东北保安司令部调集的10个师增援四平部队，均已出动，其先头部队已到达四平附近的泉头车站。企图解四平之围，并与民主联军决战于四平外围。在这种情况下，民主联军攻取四平已无意义。遂奉命于6日30日拂晓全部撤离四平战场，四平攻坚战结束。

这次四平攻坚战是东北民主联军历史上第一次大规模的城市攻坚战。这次作战，捣毁了国民党军数百个集团工事、上千个碉堡，表现了民主联军指战员高度的革命英雄主义精神。战斗中有的连队只剩几个人，组织起来编成一个班再战；有的连队干部全部牺牲，战士们自动组织一次又一次的冲锋；有的部队穿插深入市区，被国民党军分割，两三天吃不上饭，仍顽强地打退国民党军一次又一次的反击。

在这次攻坚战中，中共地方党组织和各级政府有秩序地组织了大量的支前支战工作。战前刚刚成立的中共四平市委、四平市政府、四平市卫戍司令部在民主联军攻城部队突破敌防线后，随即跟进市区，组织人力帮助民主联军运送弹药、救护伤员、清理掩埋牺牲的战士和维护社会秩序。来自辽吉、辽宁、吉林、黑龙江、嫩江等省近20县的担架队、大车队以及近万名民工支援了民主联军这次作战。有不少担架队员直接到火线上去抢救伤员，有的甚至参加了对敌作战。一大批集体和个人立功受奖，被评为支前模范。

四平攻坚战结束后，中共中央东北局对这次作战作了充分肯定。这次四平攻坚战，有得有失。其不足主要是对国民党守军的兵力和战斗力估计不足、侦察不准。原来估计国民党守军不足2万人，是夏季攻势中的残兵败将，战斗力不强；实际国民党守军有3.4万余人。另外，东北民主联军攻城部队在集中兵力、火力配属和运用以及突击方向的选择等方面，都有缺点和不足。但当识破国民党援军要与民主联军主力在四平决战的企图后，及时撤离，体现了机动灵活的战略思想，民主联军仍然掌握了战略主动权。此次作战，东北民主联军的主要收获是摸索了大规模攻城作战经验，为后来更大规模的攻城作战创造了条件。

东北民主联军经过1947年秋季攻势，彻底转为战略反攻，完全掌握了东北战场的主动权。1947年12月东北民主联军（1948年1月改称东北人民解放军）又发起了强大的冬季攻势，各路兵团一起出动，出其不意奇袭沈阳外围国民党守军。先后攻克彰武、公主屯、新立屯、鞍山、营口、法库、开原等城市。歼国民党新五军之一九五师、四十三师、新编五十四师，五十二军之二十五师以及交警总队、清剿队5.7万余人，并争取了五十八师起义。东北人民解放军在肃清沈阳以南的国民党军以后，接着又控制了中长路和营口支线，切断了国民党军海上运输和锦沈交通，使四平、长春、吉林之国民党军更加孤立，处于东北人民解放军的包围之中。此时，东北的国民党军队由于接连丧师失地，接任陈诚职务的第三任国民党东北战区司令官卫立煌到任后，为扭转被动局势，改变了陈诚的“固点、联片、扩面”的方针，提出“重点不重线”的主张，计划在不得已时放弃吉林，收缩兵力于长春，尔后视情况发展南退四平，集中兵力固守这一铁路交通要点，等待蒋介石援兵东北。 根据这一形势，东北人民解放军总部为了拔掉国民党军沈阳至长春间的立脚点，断绝国民党恢复南北联系的可能，以便对长、吉、沈、锦之国民党军各个击破，为解放全东北创造条件。“东总”决定乘冰雪未融，道路尚可通行，仍有利于大兵团行动的良好时机，再次进攻战略要地四平。

1948年2月27日，东北人民解放军总部下达进攻四平的作战部署，命令第一纵队、第三纵队一部、第七纵队（由西满纵队改编）和独立第二师、总部直属炮兵团组成进攻四平的部队。由第一纵队司令员李天佑、政治委员万毅统一指挥。又令第二、第六、第八、第十4个纵队及独立第四、第五师，于昌图、泉头、威远堡、莲花街、通江口一带阻击沈阳北援之国民党军。一纵、三纵、七纵和独立二师、4个炮兵团接到总部命令，立即分别从石佛寺、开原、昌图、金家镇、大洼等地向四平进发，准时进入集结地域，对四平形成了全面包围的态势。

当时四平城内守军有国民党七十一军之八十八师和七十一军军部、新一军军部留守人员，以及保安队等地方武装共计1.9万余人。1947年四平攻坚战以后，占据四平的国民党军队为长期占据四平这个交通战略要点，在原有防御工事体系的基础上又进一步强化了外围支撑点和市内防御工事及设施。在一些高大建筑物上组成四五层火力，周围配以碉堡、干沟、盖沟等侧射火力，形成了更加完善和牢固的防御体系。

东北人民解放军攻城部队于3月4日开始外围战斗，集中力量扫清四平守军的外围支撑点。各部队分头进攻，先后攻占了海丰屯、徐家窑、新立屯、飞机场、师道学校、红嘴子、东门外地堡群以及城北制高点三道林子。到3月10日，国民党军外围支撑点全部被我军肃清。3月12日7时40分，总攻开始。第一纵队从四平西北、正北两个突破点向城里攻，第三纵队从东北、东南两个方向向城里攻，第七纵队从西南往城里攻。炮兵首先发挥火力攻势，随着炮火向纵深延伸射击，主攻部队发起冲锋，8点钟，第一纵队一部从四平西北角师道学校方向突入市区。第三、第七两个纵队也相继突破国民党军之防御堡垒，攻入市内。城内守军由于腹背受击，路西守军迅速向路东收缩兵力，致使路西战斗很快变成了追歼战，到10时左右，路西除转盘街（现烈土塔东北侧）核心工事尚有一个营被包围外，其余皆在溃乱中被歼灭或逃向路东。到下午2时，人民解放军第七纵队与第一纵队会师于中央大街。然后集中大部兵力乘胜沿大街小巷向路东追击，扩大战果。

突入路东的人民解放军第一纵队，采取迂回穿插战术，把国民党军的防御体系打乱，随即组织部队对油化工厂（后来的市联合化工厂）、变电所、康德火磨（后来的市第一面粉厂）等处连续发起猛攻。同时，第三纵队则由南向北攻击，形成南北钳形夹击。激战至深夜，国民党八十八师部分残兵缩到晓东中学（后四平客车厂办公楼位置）两个据点，作绝望的挣扎。

1948年3月13日晨，东北人民解放军第一纵队和第三纵队一部与炮兵部队经过重新组织和准备，对国民党军残部发起最后猛攻。在东北人民解放军炮火轰击下，国民党军残部很快投降。7点整战斗全部结束。这次战斗共歼灭国民党军1.9万余人，其中生俘1.56万余人，毙伤3780人。缴获各种炮216门，机枪461挺，各种枪支9688支，各种炮弹1.1万发，子弹77.9万发，手榴弹7474枚，火车头30辆，车皮500节，汽车85辆，骡马1651匹，电台23部，以及其他大量军用物资。人民解放军伤亡4931人。 在东北人民解放军攻战四平期间，国民党新一军三十八师（在长春）一三〇师（在铁岭）和三十师（在沈阳附近），曾于3月13日向四平守军作了试探性出援活动，但由于四平战斗的迅速解决，其不得不慌忙退回。

这次四平作战的胜利，使这座英雄城永远回到人民手中。在当时，对于东北人民解放军进一步同国民党军队大规模作战、运转兵力和军需物资等，有着重要作用。也拆除了国民党军沈阳长春之间的重要跳板，使其陷于首尾不能相顾的境地。

四平全部解放的消息传开，四平人民欢呼雀跃，流出了激动的眼泪，青年姑娘和小伙子们欢快地扭起了秧歌，慰问和欢迎解放四平的英雄解放军指战员。庆祝胜利的人群涌满了大街小巷。

四平解放之前组成了以万毅（第一纵队政治委员）为主任委员，张学文（四平市长）为副主任委员共9人参加的四平城市工作委员会，全面领导四平市的工作。3月15日四平市政府开始办公。3月25日四平市两万群众集会，热烈庆祝四平解放，四平市市长张学文在会上作了报告，号召全市人民以搞好生产、支援前线的实际行动，庆祝收复四平的伟大胜利。