10月2日，陳賡揮師入粵，先頭部隊以日行150里的速度向南挺進。粵軍聞風喪膽，紛紛棄陣南逃，第一道防線形同虛設。
10月6日，解放軍右路軍第14軍襲占樂昌，第13軍佔領仁化。在右路軍的打擊下，防守曲江的第63軍棄城南逃，第15軍於7日佔領曲江。粵北門戶洞開，右路軍向南追擊，國民黨軍利用北江的支流和粵漢鐵路上的要點節節抵抗。第15軍第45師於9日攻佔英德車站，殲滅國民黨軍第39軍第91師一部，並以2個連入國民黨軍防禦縱深，成功地搶佔了橫跨江上的遙步墟鐵橋，保證了軍主力的通路。
10月6日，左路第43軍到達翁源。11日第127師奔襲佛岡，全殲國民黨軍第39軍第103師之全部美械裝備的第307團。
敵7軍之171、172師，48軍之138、176師，經4天的戰鬥後，已大部被殲，小部突圍敵潰散於各山上樹林中。
第15軍於13日佔領江口後，在源潭擊潰國民黨軍4個團，殲其1000餘人。同日，第14軍解放清遠。第43軍第127師於11日佔領佛岡，全殲守軍第39軍1個團，12日第128師在鰲頭圩殲滅國民黨軍第50軍第36師第106團第3營大部，13日拂曉佔領花縣，全殲縣保安營。第44軍第132師12日向良口、從化前進，13日拂曉佔領良口，並在水底附近殲滅國民黨軍第50軍第107師第321團1個營，遂即向廣州前進；該軍第131師在派潭殲滅1個保安營後，於13日解放增城，14日搶佔石灘車站，切斷了廣（州）九（龍）鐵路。14日17時，第43軍第128師第382團進入廣州，殲滅了未及撤退的國民黨軍第50軍第107師及聯勤部隊2000人。第44軍第132師第396團亦於21時進入廣州。至此，廣州宣告解放。
在第15兵團解放廣州的同時，兩廣縱隊和粵贛湘邊縱隊13日解放河源，15日解放惠州，17日解放東莞，並於龍華墟包圍了國民黨軍第109軍第154師，迫使該師副師長鄭蔭桐於次日率部3000餘人投誠，19日繼占虎門要塞，截斷了國民黨軍沿珠江南逃的通路。
16日，第4兵團在三水西南鎮追上國民黨軍第39軍第103師，迫使該師師長曾三元率部4000餘人接受和平改編。同日，在四會擊潰沈發藻第4兵團部，俘500人。
17日，陳賡獲悉國民黨軍第21兵團由佛山向陽江撤退，第4兵團由高要向陽春撤退，第39軍經高明向陽江撤退，第63軍沿西江向粵桂邊撤退，遂以第14軍軍長李成芳指揮第14、第13、第15軍共6個師追擊。當日，追擊部隊在高明縣松柏坑殲滅國民黨軍第39軍第147師第441團全部，在高要東北地區殲滅第70軍警衛營，在鶴山縣宅梧圩迫使第39軍第91師師長劉體仁率部2700餘人接受和平改編。
至20日，右路部隊進抵腰古，殲滅國民黨廣東省暫編第3縱隊1000餘人；中路部隊進至新興以南，殲滅國民黨軍第63軍一部，俘1000餘人。
國民黨軍在逃跑過程中，建制混亂，並未組織掩護和抵抗。22日，廣東保安第3師2000餘人在恩平附近投誠，暫編第2縱隊3000餘人在江門投誠。23日，廣東保安第4師2700餘人在台山縣那扶圩被迫投誠。同日，第21兵團司令官劉安琪率第50、第32軍、第39軍殘部及第70軍2個補充團到達陽江白沙圩地區。
25日1時，第4兵團將進至陽江地區的各路部隊區分為東西兩個集團，由東西兩面實施攻擊。當日上午，國民黨軍集中兵力由白沙圩向西進行了8次突圍，解放軍西集團（右路部隊）頑強抗擊，終於粉碎了國民黨軍的企圖。當日14時，國民黨軍鑒於向西突圍不成，即向南轉向海邊，企圖由九羌埠乘船逃跑，解放軍迅速封鎖阻擊。第120團由旱禾廟向平岡圩追擊，先後俘近2000餘人。左路部隊強渡漠陽江後向平岡圩以南推進，第38師第112團沿崗頭、廉村直插九羌埠。各部隊一面攻取海岸要點，一面以炮火封鎖海面。向南突圍的國民黨軍除小部乘軍艦逃跑外，被擊斃和溺死者約萬人。解放軍粉碎了國民黨軍從海上逃跑的企圖，將其合圍於平岡圩以北直徑不到7.5公里的狹長地區內。26日晨，解放軍發起總攻，戰至中午即全殲國民黨軍。
在陽江圍殲戰中，解放軍共殲滅國民黨軍4萬餘人，其中生俘3萬餘人，消滅了余漢謀主力。
在陽江圍殲戰期間，胡璉兵團第67軍於10月上旬撤往舟山，第18、第19軍於10月上旬開始至10月下旬陸續撤至金門。10月24日，閩粵贛邊縱隊解放汕頭。至此，除南澳島外潮汕地區全部解放。第15軍第45師在粵中縱隊配合下，於10月22日解放江門。國民黨軍第4巡防聯合艦隊11艘艦艇500餘人，於25日在江門以南海上起義。
在廣東戰役期間，粵桂湘邊縱隊協同野戰軍主力解放了粵漢路以西、西江北岸地區。粵桂邊縱隊策動了國民黨軍第62軍2個多營和廣東保安第3師第9團等部起義，解放了除湛江以外的雷州半島。