正當遼西會戰激烈進行時，國民黨第52軍乘機佔領了營口。這是毛澤東一直擔心的事。因為廖耀湘兵團雖陷於重重包圍，但並未遭到全殲，而瀋陽還有十幾萬敵軍。敵軍很可能從營口實施總撤退。這樣一來，就不能達到將東北國民黨軍隊徹底就地殲滅的戰略目標。而且從營口撤退的敵軍將會增加關內戰場我軍的壓力。突然之間在對峙的局面下一方徒增數萬，甚至數十萬兵力，將會造成難以預計的後果。
10月25日，廖耀湘因黑山遇阻，準備悄悄經台安、大窪，直奔營口。這個計畫不久就被林彪看破並及時粉碎了。幸虧各縱隊奔襲神速、果斷，否則，廖兵團就有可能從營口逃脫。毛澤東在這天致電批評林彪：忽視對營口的控制，致使52軍一部於24日佔領營口，是一個不小的失著。
林彪的這個「失著」，本來會造成比較嚴重的後果，即瀋陽十幾萬敵軍傾巢而動，經遼陽逃往營口。但是衛立煌的「瞎指揮」卻大大消除了這個「失著」的副作用。
當第52軍佔領營口時，第53軍的先頭部隊也進了遼陽、鞍山。衛立煌此時仍幻想死守瀋陽，命令第52、第53軍退回瀋陽，以加強瀋陽防務。
第53軍先頭部隊兩個師盲目執行了衛立煌的命令，撤回瀋陽後即遭解放軍圍殲。在營口的第52軍軍長劉玉章動了點腦筋，覺得在營口比瀋陽安全得多，加上有杜聿明的支持，於是抗命不撤，呆在營口天天盼杜聿明派船來將他的部隊接出東北這個大冰窟窿。
10月27日，林彪為彌補他的「失著」，在圍殲廖兵團之戰進入尾聲時，命令第9縱隊和南滿獨2師東渡遼河，直撲營口。
第9縱隊在攻克錦州之後，旋即參加圍殲廖耀湘兵團會戰，10月26日經6晝夜強行軍抵達大虎山附近。此時，遼西會戰已經到了收尾階段，第9縱隊只有前衛第26師趕上了戰鬥，仗沒怎麼大打，功勞卻不算小：活捉了敵第71軍軍長向鳳武。
10月27日接到奔襲營口的命令，9縱司令員詹才芳立即將後隊改前隊，向台安奔去。第25師變成了前衛，第26師斷後，強行軍6晝夜的部隊又開始了新的強行軍。
遼南一帶河流縱橫，船隻、橋樑大多被破壞了。詹才芳命令大河架浮橋，小河就過去。從縱隊首長到士兵，人人一身水一身泥，走著走著，身上熱氣騰騰，衣服又幹了。
許多戰士邊走邊打瞌睡，為了避免掉隊，有的連每班髮根繩子，班長牽著繩頭，班副捏著繩尾，戰士在中間扶著跌跌撞撞朝前走。
縱隊政治委員李中權見狀，讓人傳令：
「打下營口，讓大家睡足。」
詹才芳乘的吉普車壓著地雷，被爆炸的氣浪掀得老遠。車尾炸得千瘡百孔，但無人受傷。工兵探測到了地雷，來不及排除，只用石灰做記號，時間一長，記號模糊了，卻讓司令員虛驚一場。
10月30日，前衛第25師到達營口遠郊，開始與敵交戰。在前石橋子遇到敵堅固據點。詹才芳立即命令第25師以一個團的兵力攻打該據點，主力繼續向營口以東前進。
第25師第73團1個連的兵力，一舉突入前石橋子，卻遭到敵強大火力的伏擊。該連傷亡很大，匆匆退出村子。
師長曾雍雅親自趕到現場，發現地形於己十分不利，而且敵人兵力多少、戰鬥力情況不了解，下令停止攻擊，將部隊撤回後石橋子。
部隊極度疲勞，一停下來倒頭便睡，放鬆了警戒。當夜敵以兩個營的兵力偷襲，使第73團第1營遭到重大傷亡。
11月1日，第9縱隊與獨立第2師發現第52軍有從海上逃走跡象，當即迅速插入市區。當日10時，市區國民黨軍即被全殲，正在混亂中，一艘國民黨軍運輸艦，22隻軍用商船企圖逃走，當即被野戰軍炮火摧毀。僅第52軍軍部率1個師計萬餘人乘船逃離營口。野戰軍攻佔營口，殲敵1.4萬餘人。
歷時52天的遼瀋戰役，以全殲國民黨東北「剿總」衛立煌集團47.2萬人而勝利結束。遼瀋戰役結束後，殘留於錦西、葫蘆島的國民黨軍於11月9日在杜聿明指揮下經海路撤向關內。10日，野戰軍佔領錦西、葫蘆島，殲國民黨軍後衛部隊一部。12日又收復承德。東北全境和熱河均獲解放。