1949年1月14日上午10時，隨著劉亞樓一聲令下，解放軍上千門火炮同時怒吼起來。隨著「隆隆」巨雷般的大炮轟鳴聲，整個天津被震撼得顫抖起來。數萬發炮彈呼嘯著飛向敵軍陣地，把碉堡、鹿砦、鐵絲網等工事和障礙炸得粉碎，陳長捷精心布下的地雷陣也大多被解放軍的炮彈給引爆，幾乎沒有起什麼作用。
天津國民黨守軍只有4個炮兵營，在解放軍強大炮火的猛烈壓制下，根本就沒有還擊的能力。應陳長捷的請求趕來助戰的兩架飛機，剛飛到解放軍陣地的上空，就被解放軍的高射炮擊中，拖著黑煙從空中一頭栽了下來。
經過1小時的炮火轟擊，所有突破口周圍的國民黨軍工事和障礙物都被打得一塌糊塗，被猛烈炮火震得兩眼發獃的國民黨兵一個個雙手緊抱著腦袋，縮在碉堡和掩蔽部里不敢出來。伴隨著一陣嘹亮的衝鋒號聲，解放軍從東、西、南3個方向同時向事前選定的11個突破口發起衝鋒。在炮兵和坦克的掩護下，工兵迅速排除了殘存的地雷、鹿砦、電網，突擊隊緊隨其後，解放軍如決堤的洪水般湧向天津城。
陳長捷本來想以天津的護城河作為護身符。自天津被解放軍包圍後，為阻止解放軍接近其設防的工事，陳長捷下令將南運河與護城河溝通，使運河水流入護城河，水深在3米以上。解放軍在發起攻擊前，最為擔心的也是如何通過這道又寬又深的護城河。當突擊隊戰士抬著長長的跳板衝到護城河邊時，驚喜地發現，護城河結了一層厚厚的冰。這大大出乎敵我雙方的意料。
原來，在解放軍發起總攻前，解放軍想法堵住了流向護城河的水源。陳長捷為保持護城河的水深，想方設法向裡面灌水。他每放一次水，解放軍就堵一次。由於天氣寒冷，流進一次水便結成一層冰，就這樣，護城河河面上的冰越結越厚，當解放軍發起總攻時，護城河上結的厚冰足以通過行人，從而大大加快了解放軍的攻擊速度。
不多時，敵86軍所守的東陣地，已被突破多處。劉雲瀚派兵增援反撲，企圖恢複陣地，結果失敗了。緊接著解放軍又突破了62軍的預備陣地，陳長捷在電話中得悉東西門相繼被突破著急了，立即派出總預備隊保安師，到西門監獄附近增援，結果該師一觸即潰，很快敗下陣來。除東西兩面插進外，城南的解放軍，也向城垣發起攻擊，各個突破口都展開了惡戰。於是雙方短兵相接，展開了白刃戰，接著，蔣軍的坦克在市區出動了。解放軍即用反坦克炮猛烈還擊。11時15分，旗手王玉龍奮勇當先，立即把一面紅旗插上了天津西城。紅旗在空中飄揚，紅旗在鼓舞著戰士們奮勇衝殺！
擔任主攻任務的第1縱隊，左翼主攻師由師長賀東生指揮，右翼主攻師由師長江擁輝指揮，分頭向市區猛進。巷戰、街壘戰猛烈進行，步槍聲、機槍聲、炮聲和坦克的吼聲混成一片，蔣軍從街心碉堡里噴射出交叉火力，封鎖著道路，從高樓上擲下手榴彈，從窗口丟出炸藥包，企圖造成立體式封鎖，抵擋住解放軍的前進。但是，他們的企圖失敗了！衝進市區的解放軍，編成3人1組、4組1隊的戰術隊形，交替掩護，穿插分割，進行逐屋逐街的爭奪戰。由上午10時總攻開始，戰到黃昏，1縱隊左翼主攻部隊已進到市中心區。縱隊副司令員曹里懷也進入市區親自指揮。他乘著坦克來到賀東生指揮所，然後兩員戰將隨穿插部隊，直向市中心駛去！
當夜幕降臨的時候，市區內的蔣軍，被解放軍各路攻堅部隊壓了下來，紛紛向金湯橋靠攏，越擠越密，互相踐踏，盲目掃射，亂成一團。左翼主攻師的解放軍，架起了平射炮，首先摧毀了敵人的橋頭碉堡，接著又擊斃了敵人的一名師長，經過一場激烈地拼搏，金湯橋被佔領了。於是，西路的兩個縱隊和東路的兩個縱隊，照原定計畫在金湯橋勝利會師了。至此，天津的蔣軍已被攔腰斬斷，陣地分成數塊，陷於極度混亂狀態中。
15日上午8時，右翼主攻師的第2營，乃向敵警備司令部的大樓發起進攻，戰士們用炸藥將司令部的大門炸開，衝進院內，同敵人進行逐屋爭奪戰，並很快攻佔了警備司令部的大樓。敵酋陳長捷的指揮中心不在樓上，而在地下室。當時陳長捷正用無線電話向傅作義報告戰況。這是天津被圍後，陳長捷和傅作義本人第一次直接通話。這次通話，是因為傅在廣播上聽到解放軍已經突入天津的消息後，主動打過來的。當陳長捷正講共軍已攻入警備司令部大院時，3名解放軍戰士已衝進地下室，他們大聲吼道：「別動！舉起手來！」陳長捷見大勢已去，遂放下電話，有氣無力地從椅子上站起來說道：「我們繳槍！我們繳槍！」然後向全體守城蔣軍下達了「繳槍投降」的命令。
天津戰役從1月14日上午10時總攻開始到結束，前後只用了29個小時，共殲滅守軍1個警備司令部、2個軍部、10個整師和一些特種部隊，總共殲敵13萬多人，打死打傷11000多人，生俘敵將級官26名，其中包括警備司令陳長捷，副司令秋宗鼎，86軍軍長劉雲瀚，62軍軍長林偉儔等人；繳獲各種炮1100多門，輕重機槍3500多挺，步槍54000多支，汽車800多輛。
由於天津守軍被殲，駐守在塘沽的第17兵團司令侯鏡如根本無心再戰。在他的一再哀求下，蔣介石派來大批船隻，於1月16日把駐守在塘沽的第17兵團司令部、第87軍等部3萬餘人從海上撤逃了。至此，平津地區就只剩下傅作義駐守的孤零零的一座北平城了。