北宁线北平至沈阳，全长700余公，沿线有津、塘沽、唐山、滦县、昌黎、秦皇岛、山海关、绥中、兴城、锦西、锦州等重城镇，是国民党军华北与东北两战略集团兵力、物资相互支援必东北卫立煌集团撤退关内的唯一陆通。因此，蒋介石视北宁线东北国民党军的输血管、生命线。
东北人民解放军冬季攻势结束，北宁线沈阳至锦州段已完全被隔断，锦州至北平段则断续。打通北宁路，确保关内外联系，蒋介石曾次求东北“剿总”总司令卫立煌，沈阳区主力首先打通沈锦段通，集中主力锦州区，确保锦平段的畅通。遭卫立煌反，又指示东北“剿总”副总司令兼锦州指挥所主任范汉杰，“集中力量经营锦州”（《辽沈战役亲历记》（原国民党将领的回忆），13页），极力维持东北、华北“两战区接合部的联系”（《辽沈战役亲历记》（原国民党将领的回忆），63页）。此，范汉杰了部署：
6兵团司令官卢浚泉指挥93军暂编18、22师，新编8军88师、暂编55师及原60军184师新编6军暂编62师，共6师约10万人防守锦州。
93军暂编20师防守义县，新编8军暂编54师防守高桥，54军8、198、暂编57师防守锦西、葫芦岛兴城，新编5军26、暂编50、60师防守绥中、山海关、秦皇岛北戴河线。
在唐山至昌黎一线，有华北“剿总”傅义所属62军等部4师防守。
1948年9月12日，东北野战军拉了辽沈决战的序幕，战役首先在北宁线打响。
我2兵团司令员程子华、参谋长黄志勇指挥11纵队及冀察热辽军区独立4、6、8师骑兵师、炮兵旅等部，分由冀东建昌营热东区，奔袭北宁线滦县至兴城一线守军。至17日，先攻占石门、安山、昌黎、北戴河等据点，包围了绥中、兴城、沙所，吸引了锦西、葫芦岛区国民党军54军主力向南增援。
与此同，东北野战军主力南北宁线。4、9纵队分由台安、北镇区，渡凌河直插锦州北，迅速切断了义县与锦州的联系，16日包围了义县。3纵队、2纵队5师及炮兵纵队主力，西安（西安，旧名，1952年改称辽源）、四平等由铁路输送至阜新，继续向义县急进，20日接替4、9纵队包围义县。
北宁线战始，国民党军统帅部鉴兵力分散遭各歼灭的教训，9月16日训令卫立煌、范汉杰：“集中力量守锦州、锦西、葫芦岛及秦皇岛、山海关两区。”（郭汝瑰日记，280页）据此，范汉杰立即收缩兵力，将高桥暂编54师撤回锦州；将锦州暂编62师调至锦西，确保海路安全；锦州93军暂编22师主力向北增援，解救义县守军。
继续吸引范汉杰向南的注意力，不使54军收缩锦州，东北野战军4纵队绕锦州，直插锦西南，切断了锦西、兴城守军联系。9纵队向锦州北逼进，25日同八面城南进至锦州附近的8纵队，歼灭增援义县的暂编22师2团部，并占领葛文碑、薛屯、帽儿山等锦州北外围阵。四平区南的7纵队一部佯攻锦州东的紫荆山，主力迂回至锦州南，在由锦西南向北调4纵队12师配合，27日攻占高桥、塔山西海口，将锦州、锦西两完全割裂。炮兵纵队9纵队炮兵团28日炮火封锁了锦州飞机场，并击毁运输机5架，切断了锦州国民党军的空运通。冀察热辽军区3独立师在炮兵旅支援，同日攻占绥中，歼暂编60师2000余人。4纵队29日攻克兴城，歼54军直属工兵、运输、骑兵等部队共4000余人。
义县是锦州北的重屏障，城高墙厚。守军暂编20师系半械装备，依托许坚固的集团堡垒顽抗。在3纵队司令员韩先楚、政治委员罗舜初统一指挥，包围义县的3纵队、2纵队5师炮兵纵队主力，9月26日始义县外围战，至29日扫清外围据点，逼近城垣，连夜展规模土工业。
10月1日930分总攻，2纵队5师、3纵队9师炮纵主力由城西南方向突击，8师炮纵一部由城东北方向突击，7师预备队位松林堡一带。攻城部队在强的炮火支援，经4激战即攻克义县，全歼守军万余人，活捉暂编20师师长王世高，创东北野战军“最短促的间，攻歼固守坚固工敌的新纪录”（“东总”致中共中央军委的电报，1948年10月10日）。
义县战斗中，东北军区炮兵司令员兼炮兵校校长朱瑞，亲前往城南突破口观察炮兵击情况，不幸触雷牺牲，年43岁。中共中央在唁电中高度评价“朱瑞同志在中国人民解放军的炮兵建设中功勋卓著”。朱瑞是解放战争期牺牲的人民解放军最高级将领。
至此，东北野战军经20战，相继攻克昌黎、北戴河、绥中、兴城、塔山、高桥、义县等城，歼灭国民党军2万余人，达了截断北宁线，孤立锦州的战役目的。
与北宁线战的同，东北野战军1、2（欠5师）、10、5、6纵队分别进至新民西北、黑山及其东北、法库南、原北伊通区待机，监视沈阳区国民党军；1兵团司令员肖劲光、政治委员肖华统一指挥12纵队及6独立师、内蒙古骑兵2师，继续围困长春。