金門，位於廈門島以東，與廈門最近距離2310米。大金門島面積為131.7平方公里，金門縣城位於該島西部；小金門島面積為15平方公里。此外，尚有大擔、二擔等幾個小島。在我軍發起廈門島戰鬥前夕，金門有國民黨22兵團所屬4個師8個團防守。青年軍201師2個團位於大金門島西北部；由潮汕地區撤抵金門的12兵團18軍11師（大嶝島戰鬥中被殲滅1個團）於11日接替45師在大金門島東部和東北部地區的防務；40師（大嶝島戰鬥中被殲2個團）133團位於金門縣城附近；5軍軍部率200師位於小金門。
廈門島的解放，使金門守軍受驚不小。國民黨軍為加強金門防禦，令12兵團部率18、19軍從廣東潮汕地區撤抵金門，使國民黨守軍的總兵力增至4萬餘人。
我10兵團首長認為，廈門是有永久性設防工事的要塞，守軍是湯恩伯集團，兵力充足都已被攻克了，而金門沒有什麼工事，金門守敵名義上是一個兵團，實際只有2萬多人，而且都是殘兵敗將，決心乘勝進攻金門，並將金門戰鬥的全部指揮責任交給28軍副軍長肖鋒。
根據兵團指示，第28軍前指於10月18日下達了攻擊大金門島的命令：以第28軍第82師第244、第245、第246團，第84師第251團，第29軍第85師第253團，第87師第259團共6個團的兵力，分兩個梯隊進攻大金門。得手後，再以第85師2個團攻取小金門。
命令規定，集中全部兵力於一個方向，分數路在湖尾鄉、龍口間突破，登陸後首先站穩腳跟，而後以瓊林、陳坑分界阻擊東面國民黨軍的增援，堅決殲滅金門縣城之敵，隨後主力東向會攻沙美、北太武山地區的國民黨軍。
具體部署是，以第244團、第251團、第253團為第一梯隊，第245團、第246團、第259團為第二梯隊。第一梯隊以團為單位，分別由大嶝島、蓮河、澳頭起渡，第244團在龍口和後沙間登陸，迅速攻佔後半山、雙乳山，控制瓊林至沙頭一線大金門島的腰部，向東警戒，掩護第251、第253團進攻金門縣城；第251團在西堡、古寧頭之間登陸，迅速攻佔湖南和榜林，協同第253團攻擊金門縣城；第253團在古寧頭登陸，迅速佔領林厝、浦頭，並攻擊金門縣城，殲滅西半島國民黨軍。而後會同第二梯隊圍殲島東部之國民黨軍，解放全島。定於20日發起戰鬥，預計3天結束戰鬥。同時決定由軍前線指揮所負責組織指揮各梯隊渡海，由第82師首長統一指揮登陸部隊作戰。
第28、第29軍受領進攻金門島的任務後，認真進行了渡海作戰的準備。由於沿海船隻大多被國民黨軍擄走或破壞，船隻搜集十分困難。至20日，僅搜集到100多條木船，有的還需要修理，遠不能滿足渡海需要。在這種情況下，經兵團同意後，第28軍將戰鬥發起時間推遲至23日。
21日，第10兵團發現國民黨軍第12兵團部已抵達金門灣，其餘部隊也由潮汕地區開始船運，去向不明。23日，又獲悉國民黨第118師已抵達金門海域，後續部隊正在海運途中，並向蔣介石請示去向（實際上，此時第12兵團已大部登上大金門島）。
第10兵團首長判斷其去向有三種可能：一是替換第22兵團防務；二是撤往台灣；三是增防金門。這時，第28、第29軍已集中可裝載3個團的船隻，據此，決定乘第12兵團尚未全部到達前，攻取金門。第10兵團首長預計，當夜第一次運送3個團登陸，返航後，再運2個團，當夜即可運過5個團的兵力，足可鞏固陣地，解決島上國民黨軍。為了進一步做好準備，決定再延長1天時間，於24日夜發起戰鬥。
24日上午。第28軍召集各師團首長舉行攻擊金門前的最後一次作戰會議，檢查準備工作情況。18至19時，第一梯隊3個團陸續登上近300隻木船，待命出發。由於船隻不敷應用，各團戰鬥連隊首批運載不完，均留有1個至2個連隊等待續運。
當晚20時，第244、第253團分別由蓮河、澳頭東北港灣起渡，先向大嶝島方向航行，以與由該島起渡的第251團在海面會合。
24時，3個團由大嶝島海面向大金門進發，當時天空一片漆黑，海面颳起三四級東北風，由於攻擊準備工作尚未完全就緒，船隻是在下達命令後才臨時分配，臨時編組，徵集的船工又大多來自福州、泉州，他們不熟悉航道，又未與部隊進行過演練，互不了解，航渡中協同不力，調度不靈。再加上第82師指揮所因船隻不足，未能隨船隊行動，通信聯絡不暢，各團均失去上級的指揮。因而船隊進發後不久，即逐漸紊亂，不能保持完整的航渡隊形。各團即自行航行，接近島岸時，適逢落潮，又遭島上國民黨軍猛烈炮火的阻攔，造成部分傷亡。
25日2時前後，各團在10公里的正面上，開始登陸突破，第244團在蘭厝至龍口間分散登陸；第251團先頭營在湖尾鄉地區順利登陸，但後續營遭國民黨軍炮火襲擊，傷亡近1/3；253團於古寧頭及其以東地區登陸。
各團登陸後，不僅沒有組織船隻返航接運第二梯隊，而且除第253團鞏固了登陸場外，其餘部隊均未採取措施鞏固登陸場。同時，各團缺乏統一指揮，也未能及時恢複建制，營以上指揮員掌握的部隊最多不超過1個連。
登島部隊在「有幾個人打幾個人的仗，不等待、不猶豫，向里猛插」的戰術思想支配下，按既定的作戰方向，各自分散作戰，向縱深穿插。於拂曉前，進至西山、觀音亭山、湖尾、湖南高地、安歧、埔頭一線。
25日凌晨4時，國民黨軍剛抵金門之第12兵團第18軍第118師2個團會同島上原有守軍第201師2個團向解放軍發起局部反擊，5時30分，又增加第19軍第18、第14師，在坦克、炮兵支援下，分3路向解放軍實施全線反擊。8時，又出動飛機、艦艇轟擊解放軍陣地及未返航的船隻。
戰鬥異常激烈，登陸部隊與國民黨軍激戰竟日，傷亡很大，第244團團長邢永生身負重傷，仍率領戰士們奮勇作戰，至中午12時，彈藥耗盡，該團人員大部犧牲。第251團團長劉天祥率主力激戰至15時，傷亡近千人，余部衝出重圍，至古寧頭、林厝與第253團會合；副團長馬紹堂率一部苦戰近9個小時，擊退國民黨軍的7次衝擊，後率僅剩的2個班，也突圍至古寧頭與第253團會合。堅守古寧頭、林厝地區的部隊擊退國民黨軍的多次衝擊，戰至黃昏，國民黨軍遭重大殺傷，被迫停止進攻，重新調整部署。
第一梯隊所用船隻，因無人組織指揮返航，登陸後又適逢落潮而擱淺，遭國民黨海空軍轟炸，全部損失，致使第二梯隊無船航渡增援。第10兵團為解登陸部隊之危，下令緊急動員船隻。但攻廈船隻，有的損壞不能使用，有的正在搬運戰利品，僅收集到裝載4個連兵力的船隻，當即由第246團長孫玉秀率第246、第259團各2個連前往增援，26日3時，第246團2個連在湖尾鄉登陸，經苦戰後與古寧頭的部隊會合，第259團2個連航行中遇大風，船被吹散，僅4個排在古寧頭登陸。
26日拂曉，國民黨軍在坦克、火炮的支援下，向堅守古寧頭的解放軍再次發起進攻，國民黨東南軍政長官公署副長官羅卓英、第12兵團司令官胡璉也到達金門督戰。堅守在古寧頭、林厝約1.8平方公里地區的登島部隊在擊退抗擊國民黨軍的多次進攻後，於22時利用夜暗向北突圍至海邊，但未能尋到船隻，遂向東南山區轉移。27日下午，在雙乳山被國民黨軍發覺包圍，血戰至28日下午，彈盡糧絕，大部壯烈犧牲，一部被俘。
進攻金門島的戰鬥，共斃傷國民黨軍9000餘人，但解放軍兩批登島部隊共3個多團9086人（內有船工、民夫350人），全部損失。這是解放戰爭中人民解放軍的一次最大的失利戰鬥。