瀋陽國民黨守軍第五十三軍軍長仍由第八兵團司令周福成中將兼任，少將副軍長趙國屏，少將參謀長郭業儒。下轄第一一六師、第一三○師和暫編第三十師。軍部駐大北門朝陽街的魁畲祥商店，總兵力約4萬人。五十三軍副軍長趙國屏早就和中共地下工作有聯繫，準備起義。
10月31日晚，趙國屏指示軍參謀處向全軍各部隊下達命令：放下武器，不準抵抗。
11月1日上午，趙又通知軍部各處、室和直屬單位團以上軍官集中軍部開會，趙親自主持，他講了放下武器投誠的意見，並說：「解放軍今天進城，大家都來迎接。」這時，解放軍遼北軍區獨立一師參謀長張萬玉已進入該軍軍部，與趙國屏談妥放下武器，由解放軍接收。
11月2日上午，趙國屏又召集軍機關處、室負責人以上會議，遼北軍區獨立一師副師長羅春生參加，主要布置向解放軍辦理接交之事。羅在指令他們要認真辦理移交後，宣傳了解放軍的政策。之後，該軍機關和直屬隊都向遼北軍區獨立一師等部隊作了移交。
國民黨軍一三○師師長王理寰和王化一等策動聯合起義未成。解放軍進城前夕，王再派人與中共瀋陽市工委聯繫，找到了在中共瀋陽市工委領導下做地下工作的瀋陽第二中學歷史教師王襄忱，說：「王理寰師長渴望與共產黨取得聯繫，率全師投誠，但苦於沒人搭橋。聽說你是從解放區來的，那邊一定有熟人吧？你給掛個鉤怎樣？」當天晚上，王襄忱立即去找黨的領導人劉光亞彙報。組織上連夜研究，認為時間緊迫，決定立即組成以劉光亞為首的5人小組，準備同第一三○師王理寰洽談。
10月29日上午，劉光亞、王襄忱等5人到一三○師師部談判；王理寰在門口迎接，並說：「鄙人代表一三○師全體官兵，向貴黨軍的代表表示熱烈的歡迎與衷心的敬意。本人戎馬半生，倍嘗辛酸，如今全師官兵已經認清形勢，願向貴軍投誠。今後我寧願解甲歸田，也絕不做千古罪人！」
劉光亞說：「王師長，你知道共產黨光明磊落，解放軍是人民子弟兵，一切請你放心。我代表共產黨、解放軍對你和你的部下棄暗投明表示歡迎。」接著，開始了具體談判。談妥後，以劉光亞為首的5人小組讓王理寰立即用電話向所屬各團、營下達命令；王當即下達了不抵抗命令。
劉光亞則通過一三○師陣地到虎石台找到了解放軍獨立四師(又稱李紅光支隊)，向師首長作了彙報；該師領導向遼北軍區請示後提出：不許開火，讓出陣地，向指定地點集結，收繳武器。由中共瀋陽市工作委員會城工部聯絡員送解放軍各部隊一個通知，並抄送一三○師一份。通知內容是：「前線負責同志，五十三軍一三○師駐地為大韓屯、八家子、羅家墳、沙河子、下坎子一帶，停戰談判已與軍區談妥，現在待總部命令，向指定地點集結中，希勿發生誤會。城工部，文山，10月31日。」
解放軍獨立一師部隊前進至瀋陽市北郊大窪附近時，遇到了國民黨暫三十師的部隊。31日凌晨，暫三十師師長張儒彬派該團二營副營長曹翰奇出來找到解放軍獨立一師指揮所，見到師長管松濤、政委馬毅之、政治部主任鄭效峰，他代表師長張儒彬要求停火談判。獨一師派宣傳科長陸熒代表去暫三十師同師長張儒彬談判，最後達成放下武器、部隊到北大營集結的協議。接著，張儒彬打電話把3個團長找來，令各部隊脖子上扎圍白毛布，快到北大營集結。11月1日早晨，暫三十師3個團官兵均放下武器，到北大營集結完畢。
解放軍獨立一師部隊前進至望花台、大窪、二窪一帶時，開始受到國民黨軍一一六師部隊的阻擊。30日夜，一一六師師長劉德浴在東二檯子師部召開營長以上軍官會議，講明危急形勢，宣布執行軍部命令，不抵抗。會後，各部隊將在工事里的人員撤回，在駐地門上掛起白旗。該師指揮所後撤至北大營。11月1日，解放軍獨立二師第二團前進至北大營其師指揮所時，該團參謀長李長寬同一一六師師長劉德裕相見商談，劉同意放下武器，部隊在北大營集結。在此之前第一一六師留駐鐵嶺的三四六團與解放軍十二縱三十六師一○六團達成停火協議，十二縱隊政治部主任陳志方和中共東北局社會部開原站站長程光烈，派來代表進行了談判。三四六團全部交槍，被十二縱三十六師一○六團接收。
原國民黨東北第二守備總隊(相當師)，駐瀋陽市市內南五馬路。當時擔任鐵西區和于洪區一帶的防務。總人數約8000多人。總隊長毛芝荃、副總隊長佟道受五十三軍的影響，不願與解放軍頑抗。他們向部下交待：「當解放軍接近時不準開槍，要想盡一切辦法與解放軍聯繫。」第三團團長關慶厚和中共的地下工作關係李極棟(化名白棟)取得了聯繫。
11月1日上午，解放軍進入瀋陽鐵西區時，第二守備總隊派代表打著白旗找到解放軍第二縱隊五師十四團，要求「火線起義」，邀十四團派代表去該總隊司令部談判。十四團遂派政治處主任王佐邦帶團作戰股長、通信股長等多人前去第二守備總隊司令部。毛芝荃、佟道提出：
(1)要求解放軍停止攻擊；
(2)承認其部為「火線起義」。
王佐邦不同意其起義，指令其交出防禦部署圖，部隊撤出防區到指定地點集中。雙方發生爭議。這是談判時的一段「插曲」。下午2時許，解放軍十四團小分隊靠近總隊司令部，令其警衛排放下了武器。這時，毛芝荃等人同意放下武器，交出了防禦部署圖。該總隊司令部和各團、直屬分隊官兵先後放下了武器。
11月1日晚，解放軍第十二縱隊三十六師直屬隊政治處主任許長庚隨部隊到市區後，帶領警衛人員進入瀋陽市警備司令部，駐地在瀋陽市和平區南京街，門口站崗的國民黨士兵不加阻攔，進到樓內也未有抵抗。100多名軍官早已在一樓走廊兩側站立，桌子上擺放著槍支等武器。警備司令部負責人手捧花名冊交給許長庚，提出交槍，請解放軍清點接收。許長庚尚覺得自己只帶一名警衛員不便正式接受，說：「你們先等著，我去找部隊來。」許從該司令部大樓出來後，就近找到三十六師一○八團，來人將警備司令部全部人員接收。
國民黨軍新編騎兵司令部是由原滿、蒙騎兵和地方保安騎兵支隊、獨立團、營等編成的雜牌軍部隊。中將司令官徐梁(兼國民黨遼北省主席)，中將副司令王照，司令部駐瀋陽市郊新城子，官兵約7000多人。副司令王照是東北講武堂第五期畢業，是張學良舊部，他任騎兵第六師師長時，曾對蔣介石不抗日政策表示不滿，西安事變後不受蔣介石重用，故對國民黨的前途失去信心。王照與呂正操是東北講武堂的同學，王任騎兵司令部副司令員後，呂正操曾給他捎過書信，對王進行政治爭取。中共東北局社會部和呂正操由哈爾濱派做黨的地下工作的闞福培(化名韓福，曾和呂正操、王照是東北講武堂同學)到瀋陽重點做王照的工作，策動王視機率部起義，闞就在王的家中吃住，王照給闞多方協助，掩護他的秘密活動。
10月下旬，王照率領的騎兵司令部和騎後部隊殘部共1000多人，從遼西黑山、彰武往瀋陽倉皇潰退。
10月28日，當行進至新民縣興隆店附近時，與東北人民解放軍後勤部部長李聚奎率領的近百名後勤機關人員相遇。後勤部供應部部長唐湘風首先發現騎兵部隊，即令他們停止前進，王照和參謀長張麟閣來見唐湘風要求起義。
李聚奎得到報告後令其部隊原地待命，讓王照和張麟閣來商談。當晚，王、張來見李聚奎，進行了晤談，王照要求起義，李聚奎不同意起義，令其放下武器。李讓張麟閣回去把隊伍集合好，不許亂走動，等著交槍。王照仍留在李聚奎處，繼續交談。
29日凌晨，後勤部作戰處長尹健從巨流河鐵橋處調來了過橋前進的4個連隊(東北總部炮兵旅2個連、一縱隊2個步兵連)，很快將騎兵部隊武器收繳。騎兵部隊的士兵由解放軍一縱隊和炮兵部隊帶走。
李聚奎和後勤機關人員帶著騎兵部隊的約200名軍官來瀋陽。將這些軍官交給了東北軍區政治部接收。
國民黨瀋陽第二守備總隊，約8000人。總隊部駐瀋陽市和平區同澤街147號。該總隊屬雜牌軍，主要任務是配合正規軍防守瀋陽。少將總隊長秦祥征，少將副總隊長王鳳起，少將參謀長白澄。副總隊長王鳳起的妻子富平當時是中共東北局社會部秘密派到瀋陽做爭取國民黨部隊工作的，受社會部開原站站長程光烈領導。10月下旬，王鳳起和秦祥征等人即醞釀起義，並與中共瀋陽市工委城工部商談，規定了聯繫的旗號及晝間、夜間信號聯絡方法，並由地工人員發給帶有「高覺」兩個大字的識別臂章30餘個，做了迎接解放軍的具體準備。
11月1日上午，解放軍一縱隊三師八團一營教導員郝建岳帶領該營二連部隊前進至瀋陽第二守備總隊司令部，該總隊未抵抗，樓上掛著白旗，派人在門口迎候。郝建岳和二連政治指導員萊