1945年12月19日夜，高邮战役按计划进行。在南北40公里、东西20公里的战场上，各部同时发起攻击。

　　第8纵队各团首先向高邮外围各卫星据点进行猛烈攻击。第66团发扬猛打猛冲、连续作战的精神，一夜之间，即攻克了城东北的双庙、泰山庙、关帝庙等据点。第64团攻下了北郊的土围和面粉厂，将敌逼至城内。第68团也插到了南门边，3个团都打到高邮城边，将守敌严密包围在城内。

　　第7纵队第55团从丁沟附近向邵伯进攻。20日凌晨，攻占南街，日军退守镇北万寿宫据点，伪军退入镇西边的韬淮岛顽抗。这时，敌工部门组织日本人民解放联盟、朝鲜独立同盟成员发动政治攻势，规劝日伪军停止战斗，放下武器。但日伪军冥顽不悟，继续抵抗。20日晚，第55团第2营向韬淮岛守敌进攻，战斗十分激烈。至21日15时，攻占该岛，全歼守敌。接着，第57团向困守万寿宫的日军发起进攻。日军见求援无望，遂乘夜幕向扬州逃窜，被第57团、第61团追歼、拦截，共击毙日军110人，俘日军40人，仅16名日军逃往扬州。据守邵伯的其余伪军也大部被歼，其中俘550余人。第55、第59团继又向郭村一带进攻，歼伪军1个加强营，残敌逃往泰州。第7纵队攻占邵伯，切断了高邮日伪军南逃的退路，同时又构成了对扬州、泰州国民党军的阻击阵地，从而保障了第8纵队对高邮的攻城作战。

　　邵伯战斗一结束，在第7纵队指挥的粟裕立即赶至第8纵队，与陶勇共同研究攻城部署。根据高邮城内守敌“东强西弱”的防御特点，决定将主攻方向放在南、北两门，以第64团向北门、第68团向南门攻击，得手后南北对进突击。总攻时，以猛烈炮火轰击位于城东的日军司令部，并以一部佯攻城东门，造成敌人错觉，牵制日军主力。

　　25日夜，第8纵队在苏中军区炮兵团的强大火力支援下，冒雨发起总攻。第68团首先以云梯登城突破南门。接着，第64团第3连也从城西北角登上城垣，遭日军猛烈阻击，突击队与日军反复冲杀，白刃格斗，击退日军多次反扑，巩固扩大了突破口，主力随即入城与敌展开巷战。这时，第66团和高邮独立团也从东门攻进城内，第70、第72团各一部相继投入巷战。各团对困守之敌猛烈进攻。日伪军不支，纷纷缴械投降。26日凌晨4时，第64、第66团攻进日军司令部，迫使日军高邮警备大队大队长岩崎学率部投降。至此，战斗胜利结束，共歼日军1100人，其中俘日军大队长以下官兵891人；歼伪军3600余人，其中俘第42师师长以下官兵3493人。从此，高邮古城回到了人民的怀抱。

　　在第7、第8纵队进攻邵伯、高邮的同时，苏中军区部队全力作战，击退了由扬州出援的国民党军第25军第108师1个加强团和一部日伪军，并以一部在扬泰公路沿线发动进攻，拔除宜陵、塘头等日伪据点10余处，歼伪军4000余人。

　　1945年12月29日，整个高邮战役胜利结束。是役共歼日军1200余人，伪军8000余人。