1948年3月7日至17日，华东野战军和晋冀鲁豫野战军各一部，对国民党军重点设防的城市洛阳发起攻坚战。此役，是我军挺进中原后第一次对敌坚固设防的中等城市的攻坚战，切断了国民党军中原、西北之间铁路联系，巩固并扩大了豫西解放区，成功掩护了晋冀鲁豫野战军主力部队的休整，有力策应了西北野战军的作战。
抓住有利战机，果断定下决心。1948年3月初，西北野战军取得宜川大捷，国民党紧急征调驻扎在陇海铁路潼关至洛阳段的裴昌会兵团西援关中。这使得在潼关至郑州的400余公里地段上，除洛阳驻有国民党青年军第206师外，别无其他国民党正规军。中央军委命令陈士榘、唐亮统一指挥华东野战军陈唐兵团、晋冀鲁豫野战军陈谢集团和太岳军区一部，择机向陇海铁路潼关至郑州段发动攻势。
洛阳地扼秦、晋、豫三省要冲，有“九朝都会”之称，北依邙山，南傍洛河，地理位置优越，历来为兵家必争之地。洛阳古城位于陇海铁路中段，是国民党中原和西北联系的交通枢纽，由国民党青年军第206师及交警、保安团据守于此。洛阳守敌在美国军事顾问团的指导下，凭借地势险要、易守难攻的有利地形，构筑了以西北运动场为核心、以城垣四关为重点、以外围阵地为支撑的防御体系，自诩为“金城汤池”。
陈世榘、唐亮在认真研判敌情、我情和战场环境的基础上，针对国民党军守城兵力空虚、驰援力量较强、驰援时间较久的特点，决心采取“东西阻援、四面攻城、速战速决”的方针，快速拿下洛阳城，并对“进攻洛阳时，重点放在打援方面”原作战计划作出重新调整，将重点放在攻城上。根据新的作战计划，攻城任务由陈唐兵团第3纵队和陈谢集团第4纵队担任。阻援任务分别由陈唐兵团第8纵队和陈谢集团第9纵队以及太岳军区第5军分区部队担任。
东西阻援警戒，扫清外围据点。3月8日，第8纵队强渡洛河后，成功袭占偃师并顺利控制嵩山隘路，在黑石关以西构筑起阻援阵地，截断了国民党军洛阳、郑州之间的联系。第9纵队和太岳军区第5军分区部队，分别于3月7日和9日攻占新安和渑池，成功阻断国民党军潼关、洛阳之间的联系，同时准备阻击可能由西面或南面来援之敌。3月9日，第3纵队、第4纵队采取长途奔袭方式，秘密渡过伊河、洛河，完成对洛阳的包围，并于当日黄昏对敌外围据点展开进攻。为粉碎敌人的烧关、炸桥计划，控制有利攻城阵地，第3纵队第8师一举攻破东门，并以火力控制东门外护城河上的桥梁，为攻城部队创造了有利条件。第3纵队第9师先后于10日和11日攻占北关和东、西火车站。第4纵队第10师、第11师经过激战，成功攻占西关和南关。战至11日15时许，第3纵队和第4纵队分别占领了除九龙台、潞泽会馆、发电厂等少数据点外的所有外围据点。
连续强击突入，多法并举破城。3月11日17时，在强大火力掩护下，各攻城部队采取连续爆破的方式，以东、西两路为重点，对洛阳城垣发起总攻。
第3纵队第23团主攻东门。为攻克敌坚固工事、复杂障碍，该团专门组建了1个由3个突击连组成的突击营。该营采取逐层突破、稳步推进、边突破边巩固、突破巩固相结合的战术战法，先后完成破障、突破第一道城门并控制瓮城、突破和控制第二道城门的任务。战至12日零时30分，成功突破东门，团主力紧随其后，迅速穿过敌封锁线，投入城内战斗。此时，北门和东北门尚未攻破。第3纵队指挥员当即决定：除第20团继续在北门进攻，钳制敌军外，纵队主力迅速由东门入城作战。第3纵队入城后，一面兵分三路快速向西门、南门、北门发动进攻，内外夹击，积极策应城外部队破门入城；一面对城内守军实施分割包围。战至12日14时，南门、西门相继被我军攻破，各路大军在城中顺利会师后向纵深突破，守军大部被歼灭，4000余名残敌龟缩至位于城西北角运动场的核心阵地，企图死守待援。
速战速决歼敌，乘虚再克洛阳。3月14日，国民党军前出支援的胡琏兵团与孙元良兵团在府店镇会合后，一起向洛阳进发，企图支援洛阳守军。为避免战局逆转，陈世榘当日亲自入城现地指挥战斗。攻城部队组织数十门大炮、百余门迫击炮，集中轰炸敌核心阵地。步兵在强大火力的配合下，向敌阵地发起冲击。战至14日夜，城内守敌全部被歼，外围残敌也被肃清。此役，共歼灭国民党青年军第206师及保安团等部2万余人，俘获该师中将师长邱行湘。第3纵队第8师第23团第1营在战役中首先突破东门，被华东野战军授予“洛阳营”称号。
17日，在东西两路援敌逼近靠拢、不利再战的情况下，我军主动撤出洛阳。4月5日，陈谢集团趁洛阳守敌主力东返之机，再次攻克洛阳，全歼守城敌军，洛阳正式解放。
洛阳战役中，指挥员精准研判战场态势变化，深刻洞察有利时机，适时调整作战方案，果断定下作战决心，是此役取胜的关键；集中优势兵力，灵活运用突然袭击、连续突击、转移突入等战术手段，对洛阳守敌实施速战速决攻坚，是始终掌控战场主动权的关键；攻城部队四面围击、步炮协同、顽强作战，阻援部队东西呼应、紧密配合、英勇阻击，二者紧密协同、阻打结合，是全歼洛阳守敌的重要保证。此役提高了我军对坚固城市的攻坚作战和管理能力，为尔后夺取其他城市提供了借鉴。