厦门大捷对10兵团特别是叶飞司令员是一次巨大的鼓舞，叶飞司令员应厦门市委的请求，命令10兵团兵团部由同安渡海进驻厦门，协助厦门市委主持接管工作，并命令兵团后勤部在10月底以前，筹措大米400万斤，柴草600万斤，以保证部队和厦门市民的生活供应，攻击金门的战斗交由第28军前指执行。
素有“小叶挺”之称的叶飞司令员，由于被繁杂锁碎的地方工作牵制了大部分精力，而未能像过去历次战役一样，亲自分析、检查、准备，而且被胜利喜悦激励着的叶飞司令员，竟以如下不切实际的理由说服了对这一决定有担心的韦国清政委的疑问：“你太多虑了，我的大政委，厦门是敌人有永久性设防工事的要塞，守军是号称‘小白崇禧’的汤伯恩集团，兵力充足，有海空军支援，已被我军攻克；而金门岛弹丸之地，又没有什么坚固工事，守军名义上是一个兵团，实际上不过20000残兵败将，说实话，要不是蒋介石严令固守，李良荣早在我军攻克厦门之际就弃岛南逃了。我用一个主力军加29军的两个主力团攻金，已是富富有余了。再说原作战部署本来就是由28军攻金的嘛，没有必要再改变部署。我还是那句话：此役必胜！”
进攻金门的任务由我28军82师全部、84师251团、29军85师253团及87师259团共6个团的兵力担任。
28军是1947年4月由原八路军山东渤海军区的地方武装升级组建的华东野战军第10纵队发展起来的。
29军原是1945年11月由原新四军苏中地方武装建立起来的第7纵队，1947年初升为华东野战军第11纵队，主力北撤山东后留在苏中敌后进行游击战争。
在解放战争中，28军脱颖而出，以善守称著；29军以前缺乏打大仗的锻炼，在进攻上海时，三野的首长有意将其布列于主攻方向，使其积累一些经验。总的说来，这两个军的官兵已具备了攻坚作战的能力，但这两个军和全军其他部队一样，没有两栖作战的训练，而且，被胜利激励着的部队也没有对两栖作战的困难进行充分的论证，更为严重的是，指战员们根本不了解潮汐、船舶等因素在两栖作战中的影响力。
国民党驻守金门岛的是第22兵团第5军和第25军以及刚从台湾调来的第201师，拥有8个团2万人。其中，第5军原是国民党的“五大主力”之一，不过，第5军的老部队已在淮海战役中全军覆没，现在的第5军是其残余及征招新兵而重新组建的，且在厦门战役中，其166师已基本被歼，剩下的第5军军部和第200师约3000余人据守在小金门。第25军是一个屡战屡败的部队，早在淮海战役第一阶段，该军即被歼于碾庄，后在福建重新建军，又在我进攻福州的战斗中基本被重歼，残部逃到金门时仅缩编成一个团，之后，国民党空军又将机场警卫部队编成40、45两个师，与原25军残部一起重新成立了25军。
刚刚从台湾调至金门的第201师是原青年军部队，是抗日战争末期蒋介石以“十万青年十万军”为口号组织起来的，其待遇、装备均较其他部队优越，被蒋介石视为心腹嫡系。
此外，金门岛还有一支装甲部队，即国民党战车第3团第1营，该营于1949年初组建，其主要成员均是从双堆集包围圈和华北战场上逃回的装甲兵人员，该营拥有重15吨，配置一门37毫米炮的美制M5A1坦克21辆，是反登陆作战强有力的力量。
战前分析，国民党在大金门岛和小金门岛各驻军17000和3000人，其中，新兵又占多数，只有201师和战车营是较有战斗力的部队。当时，金门岛上虽然抢修了一些防御工事，但这些工事防御能力并不强大，多是成一线配置的野战土木工事。
28军前指受命攻金后开始了渡海作战准备工作。然而，由于国民党从大陆沿海撤退时，对渔民的船只大肆破坏和掠夺，所剩渔船寥寥无几。这使我军准备渡海作战船只发生困难。直到10月24日才收集到集中一次可航渡3个团约8000人的船只，这离10月18日下达的进攻金门作战的部署命令的总攻时间——10月20日已推迟了4天。
10月18日下达了作战部署命令，其时，兵团包括叶飞司令员在内的不少领导到达厦门才4天时间，命令要求：以我28军82师全部、84师251团、29军85师253团及87师259团共6个团的兵力分两个梯队进攻，以迅雷不及掩耳的动作直插小金门。这一命令所要求准备的船只实际上直到真正发起总攻时也未完成。
由于无法筹措到一次性渡运6个团部队的船只，第28军前指作出了如下一个过于理想化的预想：第1梯队登陆3个团，纵使有部分损失，船只返回时第2梯队、第3梯队还可以再航渡3个团，这样总共可有6个团大约13000人登陆。
这预想未料到这些新筹措的船只的船员大多是外地人，对航道不熟，又未经统一施训，故指挥调度十分困难。也未考虑敌情和海情的变化，敌人随时可能的增援，更未考虑国民党海、空军较为强大的作战能力。况且，在厦门之战结束时，金门守军已经得到了胡琏兵团18军的增援，岛上国民党总兵力已达30000人。
国民党总部不仅命令胡琏兵团18军增援金门岛，而且还不断派兵增援。
这一态势已为10兵团领导所觉察。当解放金门的计划上报到主管华东野战军作战事宜的粟裕副司令那里时，粟裕曾特别强调了如下三点：（1）以原敌25军108师12000人计算，只要增敌1个团也不打；（2）没有一次载运6个团的船只不打；（3）要求苏北或山东沿海挑选6000名久经考验的船工，船工不到不打。
然而，过于轻敌的10兵团领导却轻率地认为，只要能在大规模增援之敌还未立稳脚跟前攻占小金门，就能赢得战役的胜利。叶飞司令员在胡斑兵团己到达金门岛时仍以为胡硅兵团还在海上徘徊，认为此刻发起登陆进攻是一个战机，如有延误，金门的情况很可能发生变化。于是，在未审核28军作战命令的情况下，召集兵团作战处长、情报处长和福建省有关人员仅凭28军的一纸电报进行研究，仓促地批准了第28军于24日晚攻击金门的战斗。
一场并没有经过细致研究，又缺乏渡海船只的两栖作战就这样在24日晚7时开始了。28军第1梯队登船完毕后，军前指曾一度犹豫，再次向兵团请示：是否按原计划行动？而怀着捕捉战机的兵团领导传来不容变更的指示：决心不变！
24日深夜潮涨之时，由28军82师244团、84师251团和29军85师253团组成的进攻金门第一梯队分别从莲河、大橙岛、后村等地启航，原计划中的82师指挥所困船少而未参加第一梯队的登陆作战，由于渡海前各部队没有进行协同演练，所以，登陆船队一离开码头，即与上级指挥所失去联系，而且在航渡中遭到国民党炮火拦截时，登陆船队间又缺乏协同作战的经验，一些船只已在航渡中被打散。
尽管如此，我第一梯队的3支登陆部队在25日凌晨2点分别登陆成功。
左翼244团在金门岛蜂腰部北岸琼林、兰厝间登陆成功，抓获国民党官兵100余人，占领了敌十多个碉堡；中路的251团先头营在金门岛西北部的安歧以北、林厝以东顺利登陆后，后续营的登陆却遭到敌炮火的猛烈袭击，伤亡近三分之一；右翼253团在西北角的古宁头、林厝间顺利登陆后，随即向敌发起进攻，于拂晓前攻占了古宁头滩头阵地。
我第一梯队登陆是较为顺利的，但除了右翼的253团3营巩固了团的登陆场外（后来的事实表明，253团3营巩固的登陆场，为整个登陆部队后来坚持3昼夜的抗击创造了极为基本的条件），3支登陆部队没有统一的指挥，在“有几个人打几个人的仗，不等待，不犹豫，向里猛插”的战术思想支配下，兵分几路向纵深处猛插狠打，在突破了敌第一道防线之后，于拂晓前攻至西山、观音亭山、湖尾、湖南高地及安歧、埔头一带，之后，又乘胜向敌第二道防线发起了猛烈的进攻。
第一梯队登击成功之前，28军前指已分别安排了3名军部参谋负责组织船队返航。临行前，28军副军长握着3位参谋的手说：“你们别无其他任务，你们的任务就是组织和督促船队抵滩登陆后迅速返航，切记！切记！一定要迅速返航！”
可是，登陆部队成功登陆之后，船队却没有返航。
原来，第一梯队船只登陆时，在早晨2点钟左右，是涨潮的最高峰，国民党军原先设在海滩的障碍物多被潮水覆盖，许多船只冲到障碍物的上面，船底被挂住了，部队被迫在障碍物中下水，而船只却一时难以动弹，加上当时敌人的火力较猛，船工们纷纷躲避，各船抵滩也有先有后，3位参谋的叫喊声被巨大的枪炮声淹没了，只有等待我军攻占了滩头阵地后，才能将到处藏身的船工召回返航。
可谁也没有想到，我军还未站稳滩头，大海就已开始退潮，而且退得极快，当三位参谋发现退潮时，潮水已经退到10米开外。
这几十艘返航的船只在离开金门岛时，就遭到敌滩头的排炮袭击，不少船只被击沉、击伤，后来，船队又遇到了国民党海军军舰的拦截，终于全部牺牲。25日上午6时，萧锋副军长，85师师长兼政委朱云谦等心急如焚，已经放亮的天空一片惨烈的景象留下了：指挥员们隔海看到了在敌军轰炸和炮击中燃烧的船只，原定运送11000人登岛作战的第二、第三梯队计划已经难以实施。无可奈何之中，他们向兵团领导请求援助。请求立即派船只支援，可此时哪里还有什么船只？
我军的强打猛攻给国民党的守军以极大的杀伤，为了保住台湾岛的前沿阵地，为了给台湾岛留下一个屏障，蒋介石决定不惜一切代价守住金门岛。
25日凌晨4点，国民党海防第二舰队司令黎玉玺少将受命率舰队旗舰“太平”号自澎湖基地开往金门岛增援。黎玉玺到达金门之前，已令驻守金门岛的国民党海军进行海上封锁，敌202号扫雷舰、“南安”舰驶入古宁头西北岛沙水道，炮击我登陆部队，而“楚观”、“联铮”、“淮安”等舰和“203”号扫雷艇、“15”、“16”号炮艇等则开至大小金门之间，守护大金门的西侧后方。
蒋介石在派海军封锁海面的同时，于25日凌晨4点30分派胡琏兵团的18军118师、19军14师、18师52团和11师的一个团在坦克和炮兵的配合下从料罗湾登陆。
当时，解放军登陆部队离滩头阵地已达十多里路，胡琏看到这一情况，下死命令将该兵团主力18军投入战斗，来了个反包围，又派迂回部队占领了解放军滩头阵地，切断解放军后撤的退路，并用炮火将解放军登陆部队因潮水退却而搁浅的船只全部击毁。
解放军244团团长邢永生带领全团战友一直顽强战斗到25日中午12点，在全团官兵大多牺牲的情况下仍坚守阵地。251团的主力则一直与敌激战到3点。之后突出重围，与古宁头的253团会合。
251团副团长冯绍堂带领固守林盾的两个班的战士，苦战了整整9个小时，打退了敌人的7次进攻，后来，为保存实力，主动突围到古宁头，与253团会合。
我三支登陆部队在敌强我弱的情况下一齐会合至古宁头与敌激战。整整一天一夜，我官兵滴水未迸、粒米未入，而数倍于我的敌人则仗着人多势众，不断地轮换着包围解放军登陆官兵，就这样，战斗一直坚持到25日的黄昏，官兵们借助于夜幕才又赢得一个有利的作战时机。至此，解放军3个团的登陆兵力已损失半数以上，据岛上步话机的报告，第244团仅乘700多人，第251团剩下1200多人，第253团剩余人数较多，但弹药却十分缺乏，而国民党军队在黄昏前又投入较多兵力，企图将解放军首批登陆部队全歼于古宁头，后被解放军借助夜幕打退。
整个金门岛战役，10月25日晚至26日天亮前的一夜是决定整个战斗成败的关键一夜，关于这一夜的重要性，国民党第19军军长刘云瀚于1980年1月在台湾出版的《中外杂志》上发表了题为《追述金门之战》的文章中写道：到了10月25日入夜以后，成为最危险的一夜。因为我军经过了整天激战，所有的控制部队都投入战场，除伤亡相当大外，且多感疲劳，……甚至胜负之数还未易言。幸好由于共军没有船只，无法继续航渡来援，所以我们能够平安渡过这最危险的一夜。
当时，面对隔海的金门岛我10兵团和28军前指的指挥员心急如焚。10兵团领导机关一面研究作战对策，一面再度派人收集船只。虽经多方努力，所汇集的船只只够截运4个连的兵力。28军前指的领导认为，以如此少的兵力“添油”式的增援，于事无补，还不如派船去尽量多撤运一些人回来。可兵团领导这时仍求胜心切，认为坯有挽回局面的一线希望，基于此，28军前指决定由已内定为82师副师长的第246团团长孙玉秀率该团2个连及85师的两个连增援金门第一梯队登陆部队，并决定由孙玉秀负责整个登陆部队的指挥。
25日夜间，国民党部队最为担心的就是解放军进行后援，因而派飞机在海面上巡逻，并投掷了大量的照明弹，“太平”号旗舰也率两艘炮艇往返巡行于古宁头以北的海面上，拦截一切从大陆来的船只，并不断向大陆及古宁头方向炮击。
面对如此困境，孙玉秀带领4个连的官兵，不顾炮火袭击，机动灵活，利用夜幕的掩护躲过了国民党海空军的巡查，终于在25日凌晨3时分别在湖尾乡和古宁头登陆成功。
4个连分成两部分，从湖尾乡登陆的是孙玉秀带领的246团的2个连，他们一登陆即歼灭了国民党军1个营，随后又向双乳山一带推进，并积极与第一梯队取得联系。从古宁头登陆的85师259团的2个连，一上岸就走进被国民党部队封锁了的区域，他们只得利用火力占领了几个碉堡，然后依据这些碉堡顽强抗击了整整一天；打退了国民党部队的一次次进攻，直到26日夜间弹尽粮绝而失利。
26日凌晨，我第二梯队登陆的孙玉秀与第一梯队登陆部队取得了联系，当时，第244团团长邢永生、第251团团长刘天祥和第253团团长徐博都向军前指报告，说部队受到很大鼓舞，并一致拥护孙玉秀统一指挥。
在孙玉秀的带领下，246团的两个连很快突破了敌人的封锁，来到古宁头，与第一梯队会合，不过，由于第二梯队增援人数实在太少，众寡悬殊且四面受敌而无法改变战局。
26日，是我进攻金门岛将士极为悲壮的一天。天亮后，岛上的情况急剧恶化，经过休整的国民党驻岛主力部队又一次在海空军的掩护下向古宁头、林厝、埔头一带猛烈反扑。据当天上午接到登陆部队传来的报告称，我251团、253团现存人数不过数百人。
26日上午，国民党第12兵团司令胡玻赶到金门，和汤恩伯等一起到前线督战。
国民党步兵对古宁头久攻不克，胡琏、汤恩伯等要求台湾派飞机对村中建筑猛轰狂炸，再用坦克炮和火箭筒逐一抵近民房射击，即使如此，在我军顽强的巷战、肉搏战的坚持下，敌3个师的兵力经过整整一天反复冲击，也未能冲破我军的阻击。
26日深夜，早已弹尽粮绝，两昼夜未进粒米的我登陆部队已难以支持，孙玉秀、邢永生、刘天祥、田志春、徐博、陈立华在一个山沟里举行了临时作战会议，鉴于我军登陆的10个营已伤亡5000多人，已没有完整的连和营，决定将所存部队分为几股打游击，同敌人周旋到底。22时，28军前指在毫无办法可施的情况下，电告我登陆部队，为保存最后一分力量，希望前线各级指战员机动灵活，从岛上各个角落，利用敌人或群众的竹木筏及船只，成批或单个越海撤回大陆，我们沿海各地将派出船只、兵力、火器接应和抢救撤回的人员。
26日深夜之后，28军前指与登陆部队的联系逐步中断。27日凌晨，我253团团长徐博来电说，该团1营600多官兵已在古宁头全部牺牲，剩余的150多人和244团的70多人正准备到海边找船，这是253团最后一次来电，之后，就音讯杳无了。251团团长刘天样最后一次同军前指通电说，我的生命不长了，为了革命没二话，祝首长好。新中国万岁！共产党万岁！毛主席万岁！刘团长的话还未说完，耳机内传来一阵爆炸声，刘团长光荣牺牲了。
26日午夜，我登陆部队在夜幕的掩护下向北突围，在海边寻船未获的情况下向东南方向转移，准备到山区与敌人长期周旋。以等待后续部队的到来。
到27日下午，这部分官兵被敌发现，随退突围至双乳山附近，再度与敌遭遇，激战中，我官兵边战边再次完成突围。
然而，我完成突围的官兵遭到了国民党海军军舰的炮击，这些军舰绕到古宁头北面海上，用舰炮向地面炮火射击不到的死角轰击，在敌海陆武器的夹击下，我有武器的官兵一直战至牺牲，没有弹药的官兵被俘。至27日上午10时，金门战斗基本结束。
金门战斗结束后，我少数突围成功的官兵仍坚持在山区打游击战，一直到28日下午，我军官兵仍在山崖、浅滩处与敌军周旋，在246团团长孙玉秀的带领下，悄然到达沙头，遗憾的是，在沙头附近再度被国民党军队合围，在突围无望的情况下，孙玉秀负伤后自尽，其余战士全部被俘。我244团团长邢永生负重伤后被国民党军队包围，被俘后不久即牺牲。我251团团长刘天祥牺牲后，政委田志春率50人打游击，终因弹尽粮绝被俘。我253团政委陈立华在打游击中被包围，战至最后牺牲。另据台湾出版的战史称，253团团长徐博隐蔽在山洞一个多月，靠夜间出来到农田中挖番薯过活，后经国民党部队反复搜山而被俘。
至此，我登陆部队包括船工、民夫在内的9086人，无一个投降，除部分被俘外，大都壮烈牺牲。据我军战后得到的消息，国民党军总计伤亡9000余人。
金门之战的失利，引起了全军、全国震动，这次失利在我军战史上也是极其罕见的，过去战史上几次失利如长征中的湘江之战、红军西路军的失败及皖南事变损失人数也不少，但却没有一次全军覆没，而这一次，却损失了全部投入作战的3个团9000多人，竟成建制覆没。
金门失利后的第二天，28军副军长萧锋和政治部主任李曼村面色惨白、失声痛哭地来到兵团叶飞司令员的办公室，叶飞司令员悲痛地对他们说：“哭什么，哭解决不了问题，现在你们应该鼓励士气，准备再攻金门。这次失利，我身为兵团司令员，由我负责，你们回去吧。”
萧锋、李曼村刚刚离开叶飞司令员的办公室，叶飞就收到了第3野战军的批评：“查此次损失为解放战争以来最大者，其主要原因是因为轻敌和急躁所致。”，同时要求10兵团“将此次经验教训深加检讨”。当天，1O兵团即向3野报告说：
“我们检讨造成此次金门作战之惨痛损失原因，主要是我们急躁胜利冲昏头脑，盲目乐观轻敌所造成。……直到已发现胡琏兵团已开始从汕头船运增援金门，仍要求应在援敌未全部到达时予以攻击，在船只不足的情况下，未断然下决心停止攻击，这是最严重的罪行。”
10月1日，由当时的福建省委第一书记张鼎丞、兵团司令员叶飞、兵团政委韦国清、29军军长胡炳云、29军政委黄火星、28军副军长萧锋和政治部主任李曼村参加的10兵团党委扩大会在厦门老虎山洞召开，萧锋第一个发言：“金门战斗的失利，是领导判断失误，指挥也有失误，是骄傲轻敌的结果，是违背了毛主席不打无准备之仗的指示，也违背了粟裕首长指示的三个条件。这次失利是我对福建人民犯了个极大的错误，请求10兵团党委、3野前委给我应得的处分。”叶飞很快就接过他的话说：“金门战斗的失利，主要责任在我，我是兵团司令员、兵团党委第一书记，不能推给萧锋，他有不同意见，我因轻敌听不进，临开船时，在电话上我还坚持只要上去两个营，萧锋掌握好第二梯队，战斗胜利是有希望的。
是我造成的损失。请前委、党中央给严厉处分。“叶飞在会后真的给陈毅司令员起草电报，并报中央，请求处分，毛泽东主席当时表示“金门失利，不是处分的问题，而是要接受教训的问题。”11月8日，毛泽东主席又提出：“以3个团去打敌人3个军，后援不继，全部被敌歼灭，这是解放战争三年多以来第一次不应有的损失。“中央军委同时命令叶飞总结经验，接受教训，准备再次攻金。
1950年，美国悍然入侵朝鲜，党中央、毛泽东主席决定停止解放金门的任务，集中全力剿匪，这样，叶飞将军和我10兵团的将士失去了一次“立功赎罪的机会”。