杜聿明到锦西后，按原定方针，命令部队向锦州攻击。由于东北民主联军有计划地撤退，26日杜率部进入锦州，同日还占领了山海关。
1945年12月16日，国民党政府迫于国内、国际和平建国的舆论，与中共举行和谈。蒋介石一面谈判，一面下令国民党军队向解放区积极进攻。杜接到蒋的指示后，于12月23日命令第五十二军冒雪进占北镇、黑山，然后又分兵两路，分别向阜新、营口进攻，占领了北票、朝阳、黑水等城。
1946年1月10日，杜又按照蒋的密电，赶在停战令即下前，抢占了平泉等重要城市。自发动夺取东北的战役以来，杜聿明多次奔赴前线指挥，日夜不息，疲劳过度，1946年于2月18日乘专机飞北平，秘密进入白塔寺中和医院治病。1946年3月16日，动手术割去左肾。1946年4月16日，返回沈阳。
1946年4月28日，在空军掩护下，两个军分两路向本溪攻击。杜聿明在本溪得手后，迅速转而全力策划进攻四平街之战。他先调第一九五师及第八十八师至铁岭，掩护中长路的安全，又令新六军迅速集中辽阳附近，用火车输送至开原，以击破四平街，一举收复长春、永吉为目的，部署两翼攻击，企图压迫东北民主联军于辽河套内而歼灭之。1946年5月14日，国民党在飞机炮火协同下，并始猛攻，经过激烈战斗，东北民主联军实行战略撤退，杜部于1946年5月19日侵入四平。5月23日，国民党军进占长春，至5月31日止，又占领了松花江以南永吉至农安之线。杜聿明到东北仅仅半年，就先后侵占了辽西全部及沈阳外围铁岭、抚顺、本溪、辽阳、鞍山、海城、营口等重点城市，北沿松花江与东北民主联军相对峙。不久，停战期限届满，国共谈判破裂，杜怀着抢夺整个东北的野心，策定了南攻北守的全局作战指导原则，于8月间派副长官郑洞国负责指挥对热河省的全面进攻，扫荡热河境内的共军。10月，又派第五十军进攻安东、通化等重要城市。该军第二十五师在暖阳边门被全歼（新开岭战役）。杜并未从失败中吸取教训，认为这不是战略上的错误，而是个别将领无能，仍坚持既定扫荡方针，向临江进攻，部队再一次遭受沉重打击。至此，东北国民党军开始走下坡路。
1947年5月15日，北满的东北民主联军渡江南下，展开了大规模的夏季攻势。18日，攻占怀德。24日，占领四平街外围重要城市。26日，攻入法库。27日，攻入昌图。6月15日，开始总攻四平。杜与郑洞国等高级幕僚研究了全盘情况，认为本溪的东北民主联军对沈阳威胁甚大，决心以第五十三军为主力进攻扫荡，以固沈阳门户，然后集结可能集结的兵力去解四平之围。根据这一决定，由郑指挥对本溪的攻击，20日攻下。杜又根据电台侦察，中长路以东电台甚多为判断：共军主力可能在中长路以东的山区，并可能在移动之中。于是，他决定利用这个机会开始攻击，指挥右翼兵团向四平街左翼包围攻击前进，击破东北民主联军后，大胆分头猛进，力求包围消灭东北民主联军；中央兵团由现地发起进攻，击破当面之敌，即迅速追击而歼灭之；左翼兵团协助中央兵团向双山、昌北以北占领阵地之敌右翼包围攻击，击破当面之东北民主联军后，即向三江口郑家屯追击前进。命令下达后，杜部各部队在飞机炮火协同下大举进攻，战斗甚为激烈，直到1947年6月30日东北民主联军主动撤退，四平之围随之而解。后来，在东北民主联军铁拳锤击下，杜聿明迭遭惨败。他日夜谋划，一筹莫展，以至忧郁成疾，不能亲事，于7月、8日垂头丧气离开东北，到上海医治。
1948年6月，蒋介石遂任命杜为徐州“剿总”副总司令兼第二兵团司令官。杜上任不久，奉蒋介石命令指挥第二、第十六、第十三兵团去增援济南。同年9月12日，东北野战军发起了辽沈战役。10月初，完成了对锦州的包围，切断了东北国民党军通往关内的唯一通道。蒋介石为了挽救败局，赶紧将杜聿明调回沈阳。10月15日，杜聿明急忙从徐州飞抵沈阳。次日，锦州便失守。
1948年10月23日，廖耀湘第九兵团向黑山发起猛攻，即遭到解放军的毁灭性打击。至26日，廖兵团即被全歼。27日凌晨，蒋介石派专机到葫芦岛接杜聿明去北平，商讨对策。1948年11月2日，沈阳解放。这时，杜在葫芦岛日夜坐立不安，担心解放军马上来打锦西，一直等到蒋介石命令从上海撤退时，即开始部署第三十九军、第五十二军、第五十四军由葫芦岛撤往上海的工作。
1948年11月8日上午，杜在锦西机场乘飞机逃往北平。正当杜聿明在东北葫芦岛指挥部队撤退的时候，这时中国人民解放军华东野战军于11月6日发动强大的攻势，拉开了淮海战役的序幕。
在这之前，蒋介石指示国防部拟就一个“集中兵力于蚌埠附近，以击破共军攻势为目的”的“徐蚌会战计划”，并委任杜为徐州“剿总”副司令。当蒋派许朗轩征求杜的意见时，杜表示同意“徐蚌会战计划”，并写信请蒋饬令会战部署由刘峙指挥，迅速按计划实施，否则有被解放军牵制而无法撤退的可能。
杜聿明于1948年11月9日晚匆匆由北平飞抵南京时，获悉蒋介石未毅然决然实行“徐蚌会战计划”，已采纳何应钦和顾祝同提出的“守江必守淮”的主张，不禁心烦意乱，非常恐慌。第二天夜晚，杜即奉蒋令飞徐州，指挥解黄百韬之围。10日中午，刘峙得到中原野战军确已南下，当面只有两个纵队的情报，才决心将第二兵团东调，协同李弥第十三兵团解黄伯韬之围。杜聿明即令邱清泉兵团主力星夜向徐州东南张楼附近集结，李弥兵团向徐州以东苑山附近集结。他力主寻求解放军之一翼实行迂回包围，击破后再将其主力攻击。 12日，杜聿明将主力展开于创集、苑山、不老河间地区。17日，解放军大部队经双沟向东南分路撤退。刘、杜都误以为解放军崩溃，令全线追击，结果受到解放军在第二线阵地的继续顽强阻击。22日，黄百韬兵团在碾庄地区全部被歼。
1948年12月3日，杜聿明各兵团按计划向永城方向撤退，忽然接到蒋介石空投的亲笔信，令杜停止向永城前进，转向濉溪口攻击前进，协同蚌埠北进李延年兵团南北夹击，解黄维兵团之围。杜感到蒋的命令必然导致全军覆没，又慑于蒋的淫威，恐不解黄维之围，蒋必将整个失败的责任归罪于他，遂决定服从命令，最后为蒋效忠。4日，杜聿明采用逐次攻击战法，严令第二兵团攻击前进，第十三、十六兵团加紧构筑工事，掩护阵地。 6日，杜决定邱清泉、李弥兵团不突围，继续向解放军发起攻击。同时，他迭电蒋介石，催促速调大军与解放军决战。
自10日起，解放军停止对陈官庄、青龙集地区的进攻，对国民党军展开了二十多天的政治宣传攻势。17日，中共中央毛泽东主席发表了《敦促杜聿明等投降书》，但杜未曾看到。陈毅同志也给杜写了一封信。他拿这封信去试探邱清泉的态度，见邱将信撕掉烧了，就立即告辞而去。19日夜，杜聿明又写了一封信给蒋介石，提出上中下三策，请蒋介石作最后决定：上策是必要时放弃武汉、西安，集中力量与共军决战；中策是各兵团持久固守，争取“政治上的时间”（意即和谈）；下策是突围。
1949年1月1日，蒋介石宣言和平。杜聿明也觉得只有和平才是出路。但到1月3日，杜忽然接到蒋的命令，按原定空军掩护突围方案实行，自5日起投足三天的粮弹。解放军于6日发动声势浩大的攻击，国民党军一触即垮。杜急电空军轰炸支援。7日，李弥兵团司令部所在地青龙集阵地被突破，杜又急电请蒋在10日投毒气弹，掩护突围。9日黄昏前后，杜到陈官庄第五军司令部，企图纠集残部，按照蒋介石的命令于10日上午突围。然而，邱清泉、李弥等人威胁式的劝杜，必须当晚突围。他带着副官、卫士十来个人单独行动，10日凌晨，即被解放军战士俘虏在萧县青龙集张老庄村。 …
