辽西区包括沈阳西各县锦州南北区。其间有辽河、巨流河、柳河、绕阳河、沙河、凌河、女儿河，南北纵横，流向变，河水淤泥，难徒涉。黑山至沟帮子间，有由东北向西南走向的山丘陵。北宁与（虎山）郑（屯）两条铁路，从狭长的丘陵中间穿插。位两线界处的黑山、虎山两点，北临高程千余米的医巫闾山脉，南接连绵50公的沼泽带，两扇铁门，则畅通，闭则堵塞。东北野战军同廖耀湘兵团首先就在一区展激烈的战。
廖耀湘9兵团，是蒋介石的本钱。其中有国民党军的五主力，新编1军新编6军全是械装备。蒋介石保存支主力，让他撤东北准备转进华北或中原战场未。
10月21日，廖耀湘指挥71军两师、新1军1师、新6军1师及整编207师3旅共5师的兵力，由彰武、新立屯区南。23日在200余门重炮、装甲部队数十架飞机支援，向黑山、虎山25公正面弧形的野战军阵展猛攻，企图夺取黑山、虎山间约9公的南通。
已10月旬进入阵待机的东北野战军10纵队、1纵队3师骑兵1师等部，与阵共存亡的决，进行顽强抗击，寸土必争。黑山东高屯、101高、92高石头山一线的10纵队28师阵战斗异常激烈。在101高，该师与敌短兵相接，反复拼刺刀，终打退被敌称“党化部队”的国民党207师王牌主力新6军的猛烈进攻。
坚守92高的分队，与敌浴血奋战，最全部牺牲。在虎山南侧，白台子、孙屯、赵窝棚等处，先期赶的8纵队22师等部队，顽强抗击敌军的进攻。国民党军次整团、整营的兵力反复进行集团冲击，均未逞。
经5激战，野战军终守住黑山、虎山阵，阻住廖耀湘兵团前进。黑山阻击战的胜利，野战军主力回师围歼廖耀湘兵团赢宝贵的间。
廖兵团连日进攻受挫，东北野战军主力已回师达黑山附近区，使廖耀湘动摇了攻占黑山、虎山的信。同，辽阳、鞍山南撤的国民党军52军两师已24日抢占营口，续部队已占领鞍山、辽阳，打通了沈阳至营口的通。廖耀湘在情况，遂决定放弃沿北宁线正面进攻的计划，改由黑山、虎山东区，经台安渡辽河向营口撤退。10月25日，廖耀湘兵团除新6军、207师3旅71军继续攻黑山掩护外，其49军、3军14师、新6军骑兵部队先头，经虎山东向营口方向迅速撤退。
粉碎廖耀湘兵团南逃营口的企图，东北野战军立即命令7、8、9纵队从右翼迂回廖耀湘兵团侧，与5、6纵队从左翼敌实施钳形夹击。命令1、2、3、10纵队从正面突击，采取边合围、边分割的手段，求歼敌人。命令独立2师向台安北区急进，断敌退路。国民党49军等部进至台安西北魏窝棚、六间房等，遭8纵队23师奉命由盘山北进的独立2师的突截击，双方遭遇展激战，从早晨打黄昏，廖兵团虽次冲击，均被野战军击退。随野战军右路军陆续及插入虎山、台安间，堵住了廖耀湘兵团南北的通路，在野战军坚决打击，廖兵团不不停止前进。
廖耀湘南撤受阻，他估计退往营口的路已被切断，是改变计划，急令各军分头向沈阳方向撤退。一直主张固守沈阳的卫立煌极力组织配合，命令留守在辽河东岸的新1军，暂编513师进占台安、卡力马一线，搜集船，并命令工兵在辽河架桥接应。但已晚。6纵队已25日夜进至北宁线厉窝棚、姚窝棚一带；5纵队26日凌晨进至二境子、郑窝棚线，截断廖兵团向新民、沈阳的退路。
26日拂晓，东北野战军展廖兵团规模围歼战。各部队按预定计划，在黑山东、虎山东北、绕阳河西、无梁殿南、魏窝棚北纵横约120平方公的区域内，乘敌混乱际展向突击。1、2、3、10纵队，6纵队17师炮兵纵队主力由黑山正面东向西突击；7、8、9纵队由虎山南，南向北突击；5、6纵队跨北宁线，由二境子绕阳河东向西突击。
各纵队扬高度的机动战精神战斗积极，不怕疲劳，不怕伤亡，胆插入廖耀湘兵团各部队间，打乱敌人的部署。晚，3纵7师攻占胡窝棚，在混战中一举摧毁廖兵团指挥所。接着，敌各军各师指挥机构相继被摧毁。廖耀湘等指挥官无法掌握部队，不不夹在溃兵中东奔西突。
野战军乘机向敌纵深勇猛穿插，实施分割围歼。
一，辽西战场，处呈现壮观无比、动人弦的歼敌场面。各纵队积极主动寻敌战，广指战员扬英勇果断灵活机动的战斗风。哪有枪声就朝哪追，哪有敌人就向哪攻击，争先恐抓俘虏。在东北野战军强的攻势面前，国民党军已无法组织抵抗，纷纷投降。
28日拂晓，辽西战胜利结束，在短短两中，东北野战军全歼廖耀湘兵团5军、12师（旅）及特兵部队共10万余人，其中包括被称国民党军“五主力”的新1军新6军。俘获国民党军9兵团司令官廖耀湘、新6军军长李涛、71军军长向凤武、49军军长郑庭笈、新1军副军长文山等高级将领。从取了辽沈战役的决定胜利。至此，辽沈战役二阶段结束。
同日，中共中央毛泽东向林彪等人电贺辽西捷，称赞一胜利全国战局贡献极。尚望激励全军，再接再厉，全歼东北国民党军，解放沈阳战！