10月20日晚上，衛立煌和杜聿明下達了讓廖耀湘向黑山攻擊的命令，其目的是通過黑山地區的通道向錦州前進。萬一錦州去不了，則可向營口前進。21日，廖耀湘命令以七十一軍為主力的部隊向黑山發起進攻。七十一軍是由蔣介石的警衛部隊改編的，屬於蔣軍嫡系，但是並不是廖耀湘的基本部隊，所以廖耀湘讓其打頭陣。七十一軍當時的駐地芳山鎮距黑山只有30公里。23日，遼瀋戰役中的又一場惡戰，也就是與塔山阻擊戰齊名的黑山阻擊戰打響。
黑山和其緊鄰的大虎山（或稱打虎山，在黑山稍南一點）地區位於新立屯的正南方，是南下營口、西去錦州、東去瀋陽的通道，是錦州和瀋陽之間的唯一走廊。北邊是高達千餘米的山脈，南邊是連綿90餘公里的沼澤水網地帶，就只有中間一條寬25公里的狹窄丘陵地帶，成為一條走廊。北寧、大鄭兩條鐵路在此穿行而過，公路也在此交會，黑山和大虎山就是這條走廊的閘門，成為進出遼西的一處兵家必爭之地。我東北野戰軍的十縱正在這裡準備阻擊廖耀湘兵團向營口（錦州）的進攻。
當錦州戰役結束之後，東北野戰軍的參戰部隊的確是在休整。按照中央的部署，是準備休整之後先打錦西和葫蘆島，先消滅蔣介石用來援助錦州的侯鏡如五個師的東進兵團，下一步再來解決蔣介石用來援助錦州的廖耀湘達五個軍的西進兵團。可是，長春的六十軍起義之後，形勢發生了變化，長春肯定立即就會被我軍攻克，長春不守，瀋陽也就難守，中央判斷蔣介石很有可能放棄東北，從東北將其主力撤走，而當時東北最大的蔣軍集團就是廖耀湘的西進兵團。10月18日，毛澤東給林彪、羅榮桓電報：
我們所最擔心的是沈敵從營口撤退，向華中增援。
提議在日內長春解決後，除留幾個獨立師監視鄭洞國及新七軍外，圍攻長春的各縱隊及幾個獨立師應迅速全部南下，位於瀋陽和營口之間。時間應在11月上旬，過遲則無保障。並須以一個縱隊控制營口，構築堅固陣地，阻絕海上與陸上的聯繫，使蔣、衛不敢走營口。即使他們走營口，我可先行抗擊，以待主力到達聚殲。
上述電報很清楚，毛澤東原來打算是在11月上旬切斷蔣軍的退路。
可是，由於長春戰局的進展迅速，我東北局在哈爾濱的幾位領導人高崗、陳雲、伍修權等對東北的情況有著更直接的感受，他們在10月17日召開的會議上研究了東北的局勢之後認為，東北形勢正在急速變化，我軍必須以最快的速度跟上這種變化，將工作部署推向最後消滅敵人的新階段。東北局領導也看到了蔣軍很可能要從營口撤退，所以當10月18日長春的國民黨新七軍放下武器之後，他們一方面電告在前線的林彪、羅榮桓和劉亞樓，一方面向中央報告，同時就安排原來擔任圍長春任務的十二縱和三個獨立師在四平上火車，先至清源（當時火車不能通過瀋陽，所以只能從瀋陽以東繞道），下車後以急行軍直插鞍山、海城，以截斷敵人向營口的退路。林彪和羅榮桓完全同意哈爾濱方面的判斷和做法，也認為必須立即行動，阻擊和包圍廖耀湘兵團，否則就可能讓敵人跑掉。10月19日，他們向中央連發三封電報，報告戰局形勢和他們認為應當放棄原定的打錦西的計畫，而改為回過頭來打廖耀湘。他們在第三封電報中說：
若瀋陽之敵仍繼續向錦州前進時，則等敵再前進一步後我軍再向敵進攻；但有若干徵候敵不再前進，或有向瀋陽撤退轉向營口撤退的徵象時，則我軍立即迅速包圍彰武、新立屯兩處敵人，以各個擊破方法，將新一、新三、新六、七十一、四十九軍全部殲滅，使之不能退回新民、瀋陽和退至營口。目前該敵有隨時縮回瀋陽的可能，故我軍須採取迅速行動方針。
盼軍委即回電指示。
10月19日這天晚上，毛澤東通宵未眠，先後給林彪、羅榮桓發出四份電報，表示「完全同意你們的建議」，也同意高崗、陳雲、伍修權等人的建議，並命令東野「以一、二、三、五、六、七、八、九、十共九個縱隊二十七個師全部，分割包圍廖兵團五個軍十二個師」，「以全殲廖兵團為目的」。
如此重大的會戰計畫，就這樣乾脆利落地決定了，從提出建議到中央決策，前後一共只用了三天。
10月20日凌晨4時，東野總部收到了中央的第四封電報之後，立即就進入了又一場大戰的緊張準備中。這一天，東野總部發出了號召全軍積極行動起來，在東北戰局發生重大變化的時刻，與敵決戰，全殲東北國民黨軍隊的政治動員令。也在這一天，總部也完成了圍殲廖耀湘兵團的具體部署。上午10時，林彪發出了一道道給各部隊的作戰命令：十縱並指揮一縱三師和內蒙騎兵師，立即進至黑山和大虎山一線布防，堅決阻斷敵人南進之路，粉碎敵人進攻錦州或南逃營口的企圖。六縱（缺十七師）和五縱進至黑山以北，切斷敵人退回瀋陽的退路。原來在錦州地區的一縱、二縱、三縱、七縱、八縱、九縱、六縱十七師以及炮縱全部儘可能秘密地揮師北上東進，到遼寧西部地區待命，以備全殲廖耀湘兵團。已由四平南下的十二縱和一兵團的11個獨立師不下遼西，而在瀋陽地區牽制瀋陽的敵人（此時的瀋陽還有周福成兵團）。已在南滿的獨立二師到營口布防，阻止敵人從營口逃跑。已在錦西地區的四縱和十一縱仍然在二兵團的指揮下阻擊葫蘆島的侯鏡如兵團北上，這其中，要派出幾個師天天向西南做戰役佯動，沿途有意大張聲勢，做出要進關的樣子，用以迷惑敵人。
上述部署也在20日10時同時上報中央。21日清晨，中央複電說：
「完全同意你們20日10時圍殲廖兵團及其他各項部署，並無補充意見。」一場大殲滅戰就此定案，即將打響。這場大戰就其規模而言在我軍戰爭史上是史無前例的，我軍集中了29個師共45萬人，要一口吃掉敵人5個軍的12個師約10萬人。大戰的最重要戰場是黑山地區，我軍必須在那裡把廖耀湘兵團截住，阻其南逃，方能將其圍而殲之，否則廖兵團就會在我軍的包圍圈形成之前從海上逃走。
黑山阻擊戰的重擔，林彪選擇放在了由梁興初和周赤萍指揮的十縱身上。
十縱是在1947年9月11日才組建的新縱隊，但是其主力師二十八師就是十萬大軍進東北時從由劉轉連、晏福生帶到東北的著名的原八路軍一二零師的三五九旅，二十九師的老班底也是從關內來的原冀魯豫軍區和太行軍區的部隊，三十師則是原東北民主聯軍的東滿獨立一師，長期擔任剿匪任務。這幾支部隊的戰鬥力都不弱。只是組建為新的縱隊後，全縱隊還沒有在一起打過一個大仗。在錦州戰役之前，林彪就把十縱和五縱、六縱放在彰武、新立屯一帶，「陪伴」著廖耀湘兵團，準備迎擊其西侵。可是廖耀湘兵團一直未能攻出來，他們也就撈不著仗打。現在廖耀湘兵團終於出來了，而且氣勢洶洶地撲過來了，十縱將士憋在心中的一股勁終於可以使出來，和廖耀湘兵團，特別是和新一軍、新六軍這兩支國民黨軍隊的「五大主力」之中的主力較量較量了。
在整個解放戰爭的歷史上，我軍以一個縱隊同時對付兩支國民黨的王牌軍，這是第一次，也是最後一次。
10月21日中午，十縱接到東野總部的命令：
錦州、長春解放後，敵廖耀湘集團仍企圖西進與錦西之敵會合，重占錦州或逃入關內。我十縱即應進至黑山、大虎山一線，選擇陣地，構築工事，頑強死守，阻住敵人，待主力到達後，聚殲該敵。
十縱黨委接到電令之後，心中很清楚，任務是相當艱巨的，因為要用我軍的一個縱隊加一個師對抗敵人的強大兵團，這個兵團是包括蔣軍王牌新一軍和新六軍在內的6個軍加一個師，何況敵人是美機械化裝備的兵團，其裝備要比我軍強得多。另外，敵人雖然已經軍心動搖、士氣不振，可現在是在奪路而逃，狗急了也要跳牆，其瘋狂程度是不能小視的。所以，十縱黨委立即召開常委會，進行了仔細研究和部署，向全部隊提出了「死守黑山，抗擊敵人，與陣地共存亡」的口號。並決定在全線死守的同時，留足強大的預備隊，隨時出動反擊。黑山阻擊戰只准打好，不準打壞，必須做到人在陣地在。當天夜裡，全縱隊急行軍30公里，到達各自的指定位置，趕修工事。以西邊的大白檯子到東邊的高家屯的正面防禦陣地為中心，在當地老鄉的大力支援下，修起了戰壕、機槍掩體、指揮所、觀察所、救護所。由於這一帶地勢較平，唯一的一個制高點一零一高地也是一座無法挖工事的石頭山，給陣地修築帶來了不少困難。但軍民同心，排除萬難，硬是在20多個小時時間裡，用木板、鋼軌加堆土，將工事搶修完成。
也就在10月21日，廖耀湘下達了向黑山發起進攻的命令。22日，七十一軍的兩個師從側面展開迂迴，二零七師的三旅在兵團直屬重炮團的配合下攻擊正面，同時向我軍陣地開進。23日清晨，敵軍在尖山子與我二十八師擔任警戒任務的前哨連八十二團