十二月十九日夜，新四军各参战部队和地方武装在南北四十公里、东西二十公里的战场上向日伪军同时发起进攻。
华中野战军攻城部队悄悄进入指定地点。七点整，司令员下达了攻击命令，第七、第八纵队及军区参战部队共十五个团在南北八十里、东西四十里的战场上，同时向高邮城外围据点展开了猛烈地攻击。
司令员亲自部署指挥战斗，采取“围三阙一”的战法，集中火力、兵力从东、西、西北三个方向分三路同时进攻，诱使日军向南突围进行围歼。
到二十日中午，高邮城外围据点除东门宝塔外，均被第八纵队扫除。高邮城已处于新四军的包围之中，日伪军龟缩城里负隅顽抗，城楼上的警戒大部分换上了日军士兵，并不断加固城防工事。
二十一日，姬鹏飞指挥的第七纵队也攻克了高邮南面六十六里的敌伪重镇邵伯，歼敌近千人，切断了日伪军南逃退路，并沿邵伯、丁沟之线构成对扬州、泰州国民党军的防御。
同日，第八纵队在扫除高邮外围据点后，直逼城下，一面作攻城准备，一面对日伪军发动了强有力的政治攻势以瓦解日伪军。
战斗中，司令员一直坐镇前线指挥所，当军队突进邵伯街，消灭了伪军，把日军压缩在镇北据点内时，他随即带领参谋人员进入邵伯街直接指挥，集中兵力、火力，从北、东、西三面进攻。
日军支撑不住，拼命向南突围，进入预伏的堵截范围，很快被歼灭。扬泰线外围战斗共拔除日伪据点十六处，歼灭日军一百多人，伪军四千余人，切断了出援之敌的通道。
邵伯战斗结束后，司令员夜赶往高邮，听取高邮外围作战和八纵下一步攻城准备情况汇报。二十二日凌晨，司令员又与八纵司令员陶勇来到高邮城外东北角村子，视察地形并作详细部署。
日军城防城高垣厚，碉堡林立，工事坚固，河道纵横，易守难攻。城东门外地势平坦，城门内是日军司令部驻地，是日军兵力、火力部署的重点所在。
司令员主张釆用声东击西战法，即在城东造成强攻声势，吸引和牵制日军主力，以便军队从城西北方向和南门方向攻击入城，出奇制胜。
为减少攻城伤亡，司令员提出可利用夜晚将交通壕挖近城墙，同时以草袋、麻袋装土，在距城墙数十米、百把米外，将低胸墙工事一律堆成与城墙同高，甚至高过城墙的半月形堡垒，架上机枪，以强大的火力压制城墙上的敌人。
他对各个方向的火力配置和作战方式都作出具体安排，八纵据此对总攻部署作了进一步调整。高邮城外围打下来以后，军队随即展开了强大的政治攻势，瓦解敌军军心。
与此同时，军区敌工部的干部和十几位日本“反战同盟”、朝鲜“独立同盟”的盟员，运用大喇叭，用日语对守城的日军开展喊话活动，劝其投降：
“喂，日本士兵们，你们被包围了，跑不掉啦!”
“哈，用不着跑嘛!”敌人仍在叫嚣。
“天皇都投降了，你们还为谁流血卖命?”
“啊?!天皇投降?没有的事。”
“不相信吗?读一段天皇诏书给你们听吧!‘我兹命令日本帝国大本营，即刻下令日本一切武装部队及不论驻在何地的日本控制下的武装部队的指挥官，他自己及他们率领的武装部队，无条件投降’。”
由于日军内部严密封锁消息，不让士兵知道天皇宣布无条件投降的真相，所以士兵的“武士道”精神还在发挥作用。
最初，城内的日军对日本反战同盟盟员山本一山等人的喊话完全听不进去，喇叭一响就招来一阵机枪扫射和炮弹袭击，还夹杂着日军的野蛮叫骂。
日军反战同盟的盟员还写了劝降信，派人送进城里给他们所熟悉的日军官兵。渐渐地枪声停了，骂声也消失了。
接着，组织又播放起了《思乡曲》《支那之夜》等日本歌曲，这一招可真灵，当悠扬的歌声在夜空中飘荡，霎时，城内静下来了，变得死一般的沉寂，日军官兵在入神地听着。
第六十四团还制作了许多大标语，乘黑夜挂在离城内敌人较近又较高的民房屋顶上。第2天一早，城墙上的日军就看到了醒目的大标语：“你们的父母兄弟姐妹等待着你们!”
“放下武器，保证生命安全!”
“天寒地冻破衣裳，你为谁人守城墙，不如出得城头来，弃暗投明求解放。”
八纵政治部宣传科的同志精心制作了图文并茂的传单，有中文的，也有日文的。战士们将这些传单用弓箭和迫击炮射进城里。
这其中最成功的还是指战员们发明的“土飞机”送传单。他们用厚牛皮纸扎成2米宽、4米长的“瓦”式大风筝，放飞飘到高邮城的上空，风筝上绑着一包包传单，每一包传单旁也都点着线香，线香先后烧断捆传单的绳子，传单就一包一包地散落下来，像雪花飞舞，飘进高邮城。
十二月二十五日夜，天黑雨密，根据司令员下达的命令，组织第八纵队和高邮独立团向高邮城发起了总攻，二十六日凌晨攻入日军司令部并迫使其投降。
第八纵队政治部主任韩念龙在全副武装的警卫排护卫下，威严地进入日军司令部，以组织代表身份命令日军独立混成第九十旅团的岩崎大佐传令各部，立即解除武装，交出武器，无条件向中国军队投降。
对方提出为了到南京去的路上安全，将轻武器带走。主任严词拒绝了他们的条件，表示会按优待俘虏条件妥善处理。岩崎大佐眼看大势已去，败局已定，不得不解下身上的指挥刀放在桌上以示投降，随即举行投降仪式。
组织军队接受日军投降规模最大的一次受降仪式在高邮城内的“洪部”大厅举行，岩崎大佐双手捧着日军花名册和军需、军械登记册郑重地交给了组织代表韩念龙，然后退在一边，垂下脑袋。
接着岩崎大佐又遵照韩念龙的命令，让日军传令兵叫来一大帮日军军官，岩崎大佐对他们一一命令了一番。
韩念龙向参加受降仪式的日军军官宣布：一是投降的日军官兵，各回原处待命。为了安全，活动限于院内，不得外出。二是战死的日军官兵，可按日本国的习俗予以火化，骨灰收好，以备带回本土。三是受伤的日军官兵，将由我方医务人员协同日军医务人员予以救治。
在受降的整个过程中，司令员乘着夜色轻装简从来到“洪部”，不声不响地挤在人员中。他个子不高，穿一件普通军装，谁也没有注意身着士兵服装的他一直挤在组织人员中观看了受降全过程。受降仪式结束后，他才悄悄离开大厅，走出大院，回到野战军司令部。