黄维率部来到河边，发现四面都是解放军，终于相信大势不妙，便一面下令各部立即停止渡河，一面与杨伯涛等商量摆脱困境的办法，商量来商量去，只得下令向固镇转移。
就在黄维下达向固镇逃窜的命令时，埋伏在治河两岸的中原野战军各纵队，以排山倒海之势，扑向黄维，将企图逃跑的黄维兵团团团围住。
在河北岸的陈赓、秦基伟也率部掉过头来对黄维兵团的正面发起了冲击。
埋伏在治河南岸的杨勇、陈再道、陈锡联、王近山、王秉璋等，也率本部杀来，如蚊龙出水，直扑黄维兵团的后路。
顷刻间，黄维兵团各部陷入一片混乱之中。在混战中，其后卫部队第18军第49师被全歼。
在中原野战军各部的勇猛攻击下，黄维兵团各部溃不成军，在北面的第14军被冲得七零八落，纷纷南逃。第14军南逃的散兵满山遍野，又冲散了第10军。中原野战军衔尾追击，黄维各部拼命南逃。
在一片混乱当中，黄维连忙下令，要求各军就地固守，后退者斩！在黄维的严令下，溃散的各军渐渐收拢，凭借双堆集附近的一些村庄和土丘，负隅顽抗。经过一天一夜的激战，黄维兵团才稳定了局势。而中原野战军各纵终于抓住了溃逃的黄维兵团，并将其团团包围在双堆集地区。
在中原野战军猛烈攻击下，黄维未能突出包围。战至25日夜，黄维兵团4 个军12万人全部被压缩在侩河、淝河之间以双堆集为中心的纵横不到10公里的狭小地域内。黄维又陷入了黄百韬曾经历过的处境中。
当时战场上的态势是，从徐州到蚌埠，由海州到商丘，蒋军南北对进、东西呼应的四个兵团都被重兵阻滞，也就惟独这个黄维兵团，在战场上得以左右闯荡。其实，黄维兵团已经陷入我总前委的陷阱之中。总前委刘陈邓等首长对黄维兵团可以说是了如指掌，对敌人主官的军事性格十分熟悉，知道他们色厉内茬，志大才疏，威加而恩寡。在黄维兵团自觉天马横空，不可一世的时候，我军的大网正向他们盖来b 我中野第4 、9.11三个纵队在东平集、邵围子一线由东、北向西、南压缩；第6 纵和陕南20旅由南向北压缩；1 、2 、3 纵由西向东压缩，八个纵队构成巨大的包围圈，加上华东野战军的第7 、3 、13纵队协同作战，黄维兵团的12万人马被困在双堆集为中心。东西20里南北15里的包围圈里。
黄维兵团本是增援部队，反而被围，大为恐慌，急忙向蒋介石呼救求援。
总前委指挥部，屋里屋外传送着一个喜讯。听完王近山用电话向总前委报告在双堆集包围黄维兵团的喜讯，邓小平点燃一支香烟，脸上露出了笑容。陈毅摘下挂在墙壁上的军用水壶，给邓、刘和自己满上了一杯白兰地。
刘伯承兴奋地说：“黄维这12万兵马，被围在20里长、15里宽的地段上，这极好算账，平均每500 米长宽的地段上就有400 多敌人官兵，任何一炮下去都要伤着敌人！”他用浓重的四川口音幽默地说：“真是十五个驼子团党——七拱八翘地挤在一起！”
邓小平说：“黄维兵团，是白崇禧的精锐之师，号称攻如猛虎，守如泰山，静如处子，动如脱兔。我们倒要看看他守着这两个砂谷堆，怎么样攻如猛虎，动如脱兔！”
陈毅一边把杯子拿给刘、邓，一边说：“消灭黄维兵团，这是淮海战场上承前启后关键的一仗！”说着端起酒怀，抿了一口白兰地。
南京，官邸会议室。
蒋介石正召集陆、海、空三军首脑人物高级幕僚开会。
蒋介石正得意于他的决策：南北对进，夺取宿县，打通徐、蚌交通。他站在地图前，脸上出现了难得的笑容：“这就形成对共军的夹击之势。我们变内线作战为外线作战，变被动为主动。”
顾祝同接到黄维的电报，大惊失色。顾祝同用颤抖的双手要把电报交给蒋介石。
作战厅厅长郭汝瑰走上来，接过电报看了一下，小心翼翼地对蒋说：“黄维兵团忽于24日16时向固镇方向转进，被共军包围于双堆集地区……”
蒋介石一听，肺都气炸了：“胡说，娘希匹，不可能……”刚才得意的神情一扫而光。
一阵难堪的沉默。
过了一会儿，郭汝瑰见蒋介石怒气稍息，便小心地说：“总座宽心，黄维不是万不得已，绝不敢擅自行动……”
蒋介石和国民党国防部得知黄维被围，一时十分着急，蒋介石生怕黄维会轻举妄动，为解放军所乘，希望黄维能迅速利用优势的美式武器，击退解放军的进攻，继续北上，解除徐州的危情。因此，他不许黄维走，认为第12兵团可以顶住解放军的攻击，到时候解放军会自动撤走，严令黄维死守待援，不得轻动。
蒋介石发布指示：“命令徐州和蚌埠方面不惜一切代价向宿县猛攻，命令黄维以他本身的力量，向东南突围命令空军配合作战。”
说完，懊丧地走出会议室。
中原野战军将黄维兵团包围于双堆集地区的消息传到西柏坡，毛泽东立刻提笔起草了两篇广播稿，一篇以人民解放军总部的名义，一篇以中原野战军司令员刘伯承和华东野战军司令员陈毅的名义。
毛泽东在以人民解放军总部的名义起草的广播稿中写道：请宿县西南地区国民党军黄维兵团的将军们、军官们、士兵们注意！
人民解放军总部和你们讲话：人民解放军现在已经把你们包围住了。你们已经走不出去了。你们的命运已经到了最后关头。为你们自己设想，为人民设想，你们应当赶快缴枪投降……蒋介石、刘峙是完全没有办法的。你们可知道，前些天，在碾庄被困的黄百韬兵团，不是等着徐州的增援吗？蒋介石一天数令催迫邱清泉增援，结果走了十一天，推进三十几里路眼看黄百韬被消灭。你们现在的情形，比黄百韬更坏，你们离徐州更远，你们从南阳赶到宿县附近的南坪集走得大辛苦了，你们还能打下去吗？不如早些缴枪，少死些人，留着活命，替中国人民做点工作。人民解放军的宽大政策你们是知道的，无论是不是蒋介石的嫡系，现在放下武器，就给以宽大待遇，不论官兵，一律不杀不辱……中国人民反对蒋介石的内战独裁卖国，你们何必替蒋介石等少数反动派卖命呢？时机紧急，牺牲无益，你们应当立刻放下武器。南京政府已经摇摇欲倒，黄维兵团十一个师的将军们、军官们，士兵们，赶快调转枪口，和我们一道打到南京去罢！毛泽东在以刘伯承、陈毅名义起草的广播稿中写道：国民党12兵团司令员黄维将军及黄将军所属全兵团官长士兵们：我们和你们都是中国人。你我两军现在打仗。我们包围了你们。你们如此在军，仅仅占住纵横十几里内的七个小村庄，没有粮食，没有宿地，怎么能够持久呢？不错，你们有许多飞机、坦克。我们这里连一架飞机一辆坦克也没有，南坪集的天空是你们的，你们想借这些东西作掩护向东南方面突击去。但是你们突了两天，突破了我们阵地没有呢？不行的，突不出去的，什么原因呢？打仗的胜败，不决定于武器，而决定于人心。你们的士兵都不想打，你们将军都知道吗？还是放下武器吧……放下武器，我们都是一家人。打内战，打共产党，杀人民，这个主意是蒋介石和国民党定下的不是你们多数人愿意的，你们多数人是被迫打仗的。既然如此，还打什么呢？快快放下武器吧！我们希望黄维将军仿照长春郑洞国将军的榜样。为了爱惜兵士和干部的生命起见，下令投降。