于是调兵遣将，以四川为核心，以川陕边界为重点设防，构成了沿秦岭、大巴山、巫山、武陵山并向南延伸的“大西南防线”。具体部署是：
以主力胡宗南集团五、十八兵团等部8个军，依托秦岭主脉，沿成县、徽县、留坝、佛坪、镇安一线，构成第一道防线；以其第七兵团6个军沿川陕边的白龙江、米仓山、大巴山一线，构成第二道防线，阻止解放军从陕、甘入川；以宋希濂集团第十四、第二十兵团等部6个军及地方部队，置于鄂西、湘西的巴东、五峰、乾城（今吉首市）一带及其以西地区，并同位于巫山巫溪至万县地区的第十六兵团等部3个军相配合，构成“川湘鄂边防线”，阻止解放军从鄂西、湘西入川；以谷正伦部第十九兵团2个军配置在贵阳至晃（今新晃）地区，扼守黔东门户和湘黔公路沿线要点，阻止解放军从湘西入黔；以第八、第二十六军配置在滇黔边界和滇越公路沿线，主要对付中共领导的桂滇黔边区纵队和控制、监视卢汉指挥的第七十四、第九十三军；以直属西南军政长官公署的第十五兵团三十二军配置在南充、达县、大竹地区，作为二线兵团，准备向川北、必要时向川东机动，以第二十一、第七十二军驻守泸州、内江和沱江一带，机动作战；以西南军政长官公署副长官、重庆市市长杨森部第二十军驻守重庆，长官公署副长官邓锡侯部第九十五军驻守成都，西康省主席刘文辉部第二十四军驻守雅安、康定、西昌地区，担任警备任务。在实施上述部署的同时，蒋介石命令胡宗南和川、康诸将领，要密切配合，背靠云、贵，坚守“大西南防线”，阻歼解放军于境外。胡宗南把“大西南防线”吹嘘为“中国的马其顿防线”，以为依托这条防线，西南大可“高枕无忧”。不过蒋介石还作了另一打算，即“迫不得已时，则向康、滇退却；或逃窜国外”。
对于如何解放大西南，中共中央、毛泽东早在1949年初就开始筹划。5月23日，根据战局迅速发展的形势，中共中央军委和毛泽东指示：第二野战军在刘伯承、邓小平的指挥下，在西北军区司令员贺龙率领的第一野战军一部协同下，准备进军西南。
7月16日，毛泽东又指出：“刘邓大军的主力应于9月取道湘西、鄂西、黔北入川，其第四兵团陈赓部在协同第四野战军解放广西后，西出昆明，占领云南，经营川、滇、黔、康四省。”随后，中央军委和毛泽东又根据国民党军一再为了保存实力，力避与解放军决战的特点，9月12日向刘邓下达了关于西南作战的方针，即解决西南各敌，均采取大迂回、大包围动作，插至敌后，断其退路，先实行战略包围，然后从南往回打之方针。至此，解放军进军西南的作战方针和部署正式确定，即由刘、邓、贺等统率60万解放大军，从东、南、北三个方向包围西南诸敌，并力求全歼胡宗南集团于国境线之内。
3.2刘邓主力腰斩大西南防线
依据毛泽东、中共中央军委的指示，针对“西南防线”特点，1949年7月中旬，第二野战军前委下达了《关于进军西南的指示》。其兵力部署为：第四兵团按照中共中央军委、毛泽东的指示，第一步协同第四野战军出广东、广西，然后由广西出云南，迂回胡宗南的大后方；以第三、第五兵团首先由浙西、闽北、赣东北地区往湘南之常德、邵阳一线集结，尔后第五兵团的第十六、第十七、第十八军附第三兵团的第十军西出贵州，解放贵阳、遵义，进而迂回川南，占领叙府、纳溪，切断敌人退入云南的道路，协同第三兵团主力作战；第三兵团的第十一、第十二军直出川东，占领黔江、彭水，牵制川东地区之敌，然后会同第五兵团歼灭重庆地区之敌，待第三、第五兵团完成上述任务后，再会同由陕入川的第十八兵团的第六十、第六十一、第六十二军等部围歼胡宗南集团于川西地区，占领全川。
为了迷惑敌人，保证对敌实行大迂回大包围的突然性，准备入川的解放军继续做出要从陕西入川的假象，除集结在秦岭北麓一线的贺龙入川集团，积极向胡宗南的秦岭防线施压外，10月23日，第二野战军的指挥机关率第三兵团，由南京抵达郑州，举行盛大的群众集会，欢送大军西进。新华社也发表刘伯承、邓小平准备入川的消息和刘伯承有关向四川进军的讲话，又一次制造了二野主力由陕入川的声势。
而与此同时，二野主力第五兵团利用四野部队向两广进军作掩护，由上饶快速西进，抵达湘西。跟随二野指挥机关行动的第三兵团，在司令员陈锡联、政治委员谢富治的率领下，由郑州秘密南下，集结湘西。二野参谋长李达后来在回忆中写道：“向华南进军的四野浩浩荡荡，锣鼓喧天；向西南进军的二野是偃旗息鼓，不显踪迹。”而秘密南至武汉的刘伯承、邓小平则说：“毛主席是要这种气氛，这很好。”上述行动，有效地隐蔽了进军西南的意图，使蒋介石产生了错觉，作了错误部署。胡宗南集团的数十万大军部署在川北，而川东方向仅有数万兵力。这就使人民解放军进军西南计划得以顺利实施。
10月下旬，第三野战军和第四野战军前委决定同时发起广西和西南作战。11月1日，解放军集中第四野战军四个军和第二野战军二个兵团，同时向由宋希濂、谷正伦防守的川湘鄂边防线、湘黔防线，发动突然袭击，数十万大军在北起鄂西巴东，南至黔东天桂，宽约500公里的地域内，多路进军川黔，拉开了大迂回、大包围歼灭西南国民党军、解放西南诸省的战幕。
在川湘鄂边战场上，当解放军攻击野三关时，宋希濂以为解放军投入兵力不大，自身阵地不易被突破，遂严令第二十兵团的2个军凭借有利地形阻击，将3个军向龙山、来凤方向南调，企图攻击向永顺地区集结的解放军，解放军乘机以优势兵力发起攻击，一举突破“川湘鄂边防线”。宋希濂被迫下令所部全线撤退，并迅速退至川东龚滩、彭水之线，企图扼守入川咽喉，依托乌江天险组织新防御，阻止解放军西进。
为了不使宋希濂集团有计划有组织撤退和进行有组织的抵抗，二野前委即令各部排除万难，按原定计划，加速猛进。随后第三兵团及第四野战军第四十七、五十、四十二军及湖北军区的部队，跟踪追击，向乌江急进。14日，抢占乌江东岸要地龚滩，歼敌一部。20日，第三兵团主力分别在龚滩、彭乡、白马等地渡过乌江；21日，第四十七军在涪陵以南的白涛渡口渡过乌江，歼宋集团大部，国民党军十四兵团中将司令官钟彬被生俘。至此，宋集团的大部被歼灭，只有一小部兵力逃窜。
在湘黔战场上，杨勇、苏振华指挥的第五兵团于11月1日由邵阳、桃源地区出发，所属各军相继在黔东一带展开。11月4日，第十六军在黔东天桂与黔境守军展开激战，击溃守军，占领天桂，乘胜西进。第十七军于7日拂晓在晃县南北一带，发起多路攻击，击溃国民党军。随后各部展开追击作战，经过10天的快速追击，胜利突破了“黔东防线”，直插贵州首府贵阳。
国民党军黔省守将第十九兵团司令官何铅国见“黔东防线”全线崩溃，决心放弃贵阳，命令所部急速向黔西、安顺、毕节方向撤退，组织新的防线，以阻止解放大军西进。11日，刘伯承、邓小平获悉黔境守军企图后，遂令第五兵团加速前进，占领贵阳后，除主力北上外，留黔驻防部队应以主力速向安顺方向前进，迫何铅国部继续西撤，以巩固贵阳并掩护主力北上。据此，杨勇、苏振华命令所属部队快速前进，跟踪追击。第十六军强行军向西猛进，于12日在湘黔、黔桂公路会合点甘耙哨截获国民党军一批汽车，并侦悉有国民党军车队从都匀方向沿黔桂公路驶来。解放军某团参谋长刘凤鸣带领少数随员化装成国民党军，驱车南下，催促国民党军车队加速北进。当其驶至甘耙哨时，遂遭解放军第十六军前卫团的伏击，100余辆汽车、1000余人全部成为战利品。接着该团又化装成国民党军，乘汽车于13日奇袭贵定，14日在龙里击溃守军1个团，生俘国民党军第四十九军副军长。解放军大股部队先后进占贵阳。21日占领黔北重镇遵义。至此，解放军已把何铅国部队大部歼灭，一部西逃。蒋介石吹嘘的“大西南防线”被拦腰斩断。
3.3蒋介石割据西南成泡影
解放军突然以主力腰斩“大西南防线”，打乱了国民党军苦心经营的防御作战部署。蒋介石发现解放军主力正以强行军速度由湘鄂川边和贵州直入川境后，急令胡宗南集团放弃川北防线，火速撤退入川，并抽调第一军到重庆、江津之线布防，加强重庆地区防御，命令宋希濂部拼死扼守乌江；又加调正向川西北开进以加强陇南防务的第十五兵团速回师綦江、南川之线设防，策应宋希濂部撤退，迟滞解放军向重庆的推进速度；令第十六兵团等部沿大竹、广安西移，加强川中防务。显然，蒋介石正在策划川境全军退往滇、康。
刘伯承、邓小平早已料定蒋介石将会走这一步棋。11月11日和21日两次电示第三、第五兵团的指挥员，强调：整个战役重心是切断国民党军向云南的退路，力求在长江以南将其歼灭。并特别强调指出：从战役全局着眼，从贵州迂回川南的部队极为重要。第五兵团主力和第十军应确实计算行程和时间，加速迂回北上，求得先敌占领叙永、筠连、盐津之线，并进占宜宾，一部可自遵义取捷径直出川南泸县，截断川境守军退滇之路。第三兵团主力于綦江、南川一线，正面牵制宋希濂集团及国民党军第十五兵团，待等五兵团主力和第十军到达预定位置后，再向重庆外围运动，尔后协同第五兵团西进作战。
刘邓还针对有些国民党高级将领积极派人与中共联络、接洽起义的情况，特别要求前线指战员正确运用军事打击与政治瓦解相结合的手段，加强对国民党军的分化瓦解。为此还专门向川、黔、滇、康四省的国民党军政人员提出四项忠告，号召国民党军政人员接受中共中央、毛泽东早忆提出的“约法八章”，立即觉悟，投向光明。
据此，杨勇、苏振华决定集中第五兵团主力和第十军由贵阳、遵义分两路向川南快速迂回。兵团前卫第十六军于25日开始发起攻击，当天即攻占黔西、大定，歼灭黔境守军第四十九军一部，生擒该军参谋长。28日占领西北重镇毕节，截断由川经黔入滇的通道。尔后北渡赤水河，翻越六盘山。30日夜袭叙永城，俘虏国民党军中将司令官萧以党以下2300余人。随后，第十六军渡过长江，12月7日进占泸州地区。第十八军自滇东北镇雄开始加快行程，取捷径直出川南，于12月13日进抵宜宾地区。同时，向川南疾进的第十军，以每日120公里的惊人速度，沿途猛冲猛打，先后歼灭西逃的宋希濂部一二二军一部和国民党军第十五兵团第四十四军大部，解放了自贡、荣县、合江，于12月6日解放成渝线上的重镇内江。其先头部队乘势于次日解放资中。至此，第五兵团主力和第十军，提前到达预定位置，控制了以宜宾、泸州为中心的川南广阔地域，完全截断了川境国民党军南逃云南的捷径。
就在杨勇、苏振华进击川南、切断川境国民党军退滇之路时，解放军第三兵团主力和第四十七军把败逃的宋希濂集团和驰援的国民党军第十五兵团，分割包围于南川以北地区。经过数日激战，至11月28日，歼敌大部共3万余人，并乘胜解放了重庆外围城市綦江、涪陵和江津，为解放重庆创造了条件。随后，刘邓当即令解放军3个军，解放重庆。第四十七军即由涪陵北渡长江，迂回重庆。第十二军从重庆、江津间渡江西进，直指壁山，向重庆侧后迂回；第十一军进抵与重庆相望的长江南岸。各部队迅速粉碎国民党军在长江南岸的抵抗，24日，全面控制了东起木洞、西至江津的50余公里的江防重地，对重庆形成包围态势。蒋介石见势不妙，于30日凌晨，带着从广州来渝还不足50天的“国民政府”要员，匆忙乘飞机逃往成都。当日下午，解放军第十一军横渡长江，解放了重庆市。重庆的解放，使蒋介石割据西南的图谋化为泡影。
“大西南防线”被突破后，盘踞西南地区的国民党军节节败退，士气沮丧。早就不愿意为蒋介石卖命的某些国民党军高级将领，此时抓紧与中共接触，准备配合解放军，在蒋介石的后院起义。12月9日，云南的卢汉、川康的刘文辉、邓锡侯、潘文华等率先在昆明、雅安、彭县通电起义。
12月10日，第十九兵团副司令官王伯勋率所属第四十九军余部在盘县地区宣布起义。11日，当解放军进至川南乌江、泸州、自贡一带后，与共产党早有联系的川境守军第二十二兵团司令官郭汝瑰率所属第七十二军在宜宾宣布起义。国民党各部的起义对整个西南战役产生了重大影响。正如邓小平所指出的那样：“西南作战，从战役发起到结束，为时不过57天，前进约3000华里，提前两月完成战役计划西南战役之能获得如此胜利，是由于毛泽东的领导正确，全国胜利形势的影响，以及人民解放军的无坚不摧的力量，同时卢汉、刘文辉、邓锡侯、潘文华诸将军于12月9日宣布起义，亦起了良好的配合作用。”
重庆的解放，国民党军的纷纷起义，使云南、西康、贵州三省、四川大部遂告解放，川境国民党军蜂拥撤逃至成都盆地。各路解放大军遂从四面向成都地区之敌包围过来。
3.4蒋、胡败逃台湾
蒋介石自重庆逃到成都后，一面令由重庆及其以北地区西撤的部队扼守岷江、沱江，迟滞解放军向成都前进；一面令胡宗南的3个兵团加速撤向成都地区集结，准备和解放军作一次较量，如若再败，就经新津、乐山，或经邛崃、雅安，向滇、康撤逃。刘伯承、邓小平认为，聚歼胡宗南集团于成都地区的关键在于抢占乐山、邛崃，完全切断国民党军的逃路。于是决定集中全力迅速西进。
12月6日，刘邓命令第十、第十六军快速占领乐山、井研地区，迂回成都以南；第十八军为第二梯队，尾第十六军前进；第十一、第十二军从成都东面迂回西进，攻占邛崃、大邑；第四十七军主力控制广安、邻水地区；第五十军集结垫江待命。各路解放军自12月8日开始向预定地区发起攻击，至12月20日，除新津县因国民党军过于集中未能攻占外，其他地点都按计划被解放军所占领。解放军的第五兵团第十六军在进军途中，强渡岷江，攻占乐山、峨嵋、夹江、洪雅，歼敌1万余人，生擒川湘鄂边区绥靖公署中将主任宋希濂。至此，刘邓大军在短短一个多月的时间里，连续切断了川境国民党军向东、南、西三面的退路，从而拉开了围歼川境国民党重兵集团的序幕。
