4日，整编第3师在飞机、坦克合顽抵抗，晋冀鲁豫野战军仅歼其3个营。整编第3师师赵锡田发觉已陷重围，急求援。刘峙令其他各师驰援。

待整编第3师预定战场后，右集团主力向南，一由东向西攻击;左集团先楔整编第3、第47师之间，然后主力由南向北攻击整编第3师，一向南阻击整编第47师。

4日，整编第47师企图由南面向整编第3师靠拢，被第3纵队阻于桃园地区;其余各师亦向整编第3师增援。5日，晋冀鲁豫野战军向整编第3师发起全线猛攻，战至6日晨，于大、小杨湖地区全歼其第20旅，重创第3旅，并其师。

正在蒋介石一筹莫展之际，赵继统却被蒋夫人请了过去，不过不是在黄埔路国民国防大院的官邸（又名憩庐），而是位于中山陵小红山上著名的龄。正式名称为“国民主席官邸”，曾被国大使司徒雷登誉为“远东第一别墅”。

中午，整编第3师师与第3旅残向南突围，晋冀鲁豫野战军于秦砦附近地区将其全歼，俘赵锡田。整编第3师被歼灭后，国民党军各路援军即向考城、兰封方向撤退。晋冀鲁豫野战军抓住有利战机，于7日对整编第47师从侧后展开猛烈卷击，经1天激战，全歼其2个旅。

这一胜利，连同中原军区队突围的胜利和苏中大捷，对整个解放区的南战线起了扭转局面的重要作用。此役共产党成功从国民党手中夺来了山东地区鲁西北鲁西南地区的领导控制权，并且歼灭了国民党主力，俘获了两个国民党的中级将领，打击了国民党士气，还缴获了60万颗弹和三门机炮，756门重型机枪等宝贵的军用资，还有分国外的军需资装备，为后来的战略反攻成功奠定了质基础。

里扩大到10至125公里。

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同时，追击整编第41、第55、第68师，8日上午又歼其约1个团。至此，郑州方向国民党军的攻被挫败，徐州犯的国民党军仍被阻于城武地区。定陶战役历时5天，晋冀鲁豫野战军歼灭国民党军1个整编师师、4个旅共17万余人，其中俘12万余人。

3日午，整编第3师第3旅被诱至大黄集，师至天爷庙，第20旅至大杨湖;整编第47师至三丘店、常路集以南。23时30分，晋冀鲁豫野战军左右两集团突然对整编第3师发起攻击，首先把攻击重指向较弱的第20旅，同时以一兵力佯攻和牵制其师和第3旅。

而其余各路国民党军分别被阻于东明西南、曹县以南和单县、城武以东地区，距整编第3、第47师达40~100公里。刘伯承、当即决定乘徐州、郑州两路敌军钳形攻势尚未合拢，整编第3师已经疲惫，且与整编第47师间隔加大之机，于3日晨放手诱整编第3师冒，并将战场由韩集西移大杨湖地区。