华东野战军西线兵团出其不意攻占开封，全歼守军开封位于河南省东部平原，北濒黄河，南倚陇海铁路，城周约20余公里，有六门四关。守军为国民党军整编第66师师部率第13旅、整编第68师1个团及河南省保安第1、第2旅和3个保安团共3万余人，由河南省政府主席刘茂恩担任总指挥。其部署是：第13旅担任城区及曹关、西关防御;整编第68师1个团位于城南作预备队;保安第L旅1个团担任省府警卫，其余保安部队在南关、宋关担任防御。华东野战军以刚到通许、陈留地区的第3、第8纵队组成攻城集团，由野战军参谋长陈士榘、政治部主任唐亮指挥，准备采取奔袭手段占领城关，尔后实施攻城;以中原野战军第9纵队楔入郑州、开封之间，阻击郑州方面国民党军增援;以中原野战军第11纵队和冀鲁豫军区独立第1旅于巨野地区，自北向南牵制整编第5军;以华东野战军第1、第4、第6纵队楔入定陶、曹县、民权、考城地区，阻击整编第5军西援;以冀鲁豫、豫皖苏军区部队相机攻占东明、兰封(今兰考)，并破袭陇海铁路兰封至野鸡岗段，阻止国民党军西援。
战役于6月17日发起。攻城集团展开攻击后，占领丁南关、宋关、曹关。18日23时，第8纵队首先突破新南门，但突破口很快被守军封闭，后续部队未能跟进。已突入城内的部队以城楼作依托，抗击反扑。19日1时，第3纵队经炮火准备后，对朱门实施攻击，突入城内，迅速向两侧及纵深发展。9时，第8纵队肃清新南门外地堡群，再度控制突破口，与先期登城的部队会合，随后相继突破大南门和西门。各入城部队多路向纵深穿插，经激烈巷战，至20日23时，攻占了除核心阵地古龙亭、华北运动场以外的全部市区。21日17时发起最后攻击，至23时全歼守军。
在攻城集团围攻开封期间，整编第5军等部全力增援，华东野战军第1、第4、第6纵队和两广纵队、中原野战军第11纵队进行了顽强阻击。中原野战军第9纵队在豫皖苏军区部队的配合下袭占中牟，阻止了郑州整编第47军(即孙元良兵团)东援。华东野战军第10纵队及中原野战军第1、第3纵队在卜_蔡及其以北地区阻击整编第18军(即胡琏兵团)北援。华东野战军山东兵团包围津浦铁路线上的究州，苏北兵团攻克陇海铁路线上的阿湖，保障或策应了攻克开封的作战。
开封之战，华东野战军西线兵团共歼灭国民党军3万余人。这是人民解放军在中原战场上继洛阳战授后又一次成功的攻坚作战，也是人民解放军第一次攻克国民党军据守的省会的作战，为尔后攻占大中城市和制定城市政策提供了经验。
在睢杞地区歼灭区寿年兵团主力，挫败国民党军寻求次战的计划开封失守，使国民党政府主席蒋介石十分惊慌。为挽回败局，急令邱清泉兵团并指挥整编第83师星夜向开封攻击前进，令刚组建的区寿年兵团(辖整编第75、第72师和新编第21旅)由民权经睢县、杞县迂回开封，企图与华东野战军西线兵团在开封决战。粟裕依据国民党军动向，鉴于区寿年兵团刚组建，战斗力较弱，作战经验少，围歼把握性较大，经报请中共中央军委批准，决心放弃开封，集中兵力歼灭区寿年兵团于运动中。遂以华东野战军第1、第4、第6纵队和中原野战军第11纵队组成南北两个突击集团，隐蔽集结于睢县、杞县、太康之间和民权地区，准备对区寿年兵团实施夹击;以第3、第8、第10纵队和两广纵队组成阻援集团，在杞县以西地区阻击邱清泉兵团东援;中原野战军第9纵队除负责阻击郑州援军外，从侧后牵制邱清泉兵团等部;冀鲁豫、豫皖苏两军区各一部兵力破击陇海铁路徐州至民权段，并直接配合野战军作战。此时，中原野战军主力仍在平汉路南段西平、上蔡与商水间阻击胡琏兵团等部。
6月26日晨，华东野战军第3、第8纵队撤离开封向通许方向转移，第1、第4、第6纵队向杞县以南傅集地区转移。邱清泉兵团即以先头1个旅占领开封，主力向通许方向尾击第3、第8纵队。区寿年兵团在进抵睢县、杞县后徘徊不前，与邱清泉兵团形成40公里的间隙。华东野战军突击集团乘机于27日晚开始对区寿年兵团进行合围，至29日晨，将其兵团部及整编第75师包围和分割于龙王店、常郎屯、杨拐，榆厢铺、陈小娄等地，并将整编第72师包围于铁佛寺周围地区。第3、第8、第10纵队迅速插入杞县、齐砦、高阳集、王崮之线，隔绝了邱、区两兵团的联系。29日晚，突击集团以一部兵力包围整编第72师，主力围攻龙王店外围各村落，至7月1日中午，将整编第75师所属第6旅及新编第21旅全歼。接着向龙王店守军发起猛攻，激战至2日凌晨3时，将区兵团部、整编第75师师部及第16旅1个团全歼，俘区寿年。西线阻援集团在杞县西南和以东地区对邱清泉兵团进行顽强的阵地防御战，连续击退其在飞机、坦克、大炮支援下的轮番进攻，保障了突击集团围歼区寿年兵团作战的胜利。
在华东野战军西线兵团围歼区寿年兵团的作战开始后，国民党军统帅部于6月29日将进至山东省朦县的整编第25师回调，与第3快速纵队、交警第2总队组成一个新的兵团，由黄百韬任司令官，立即增援豫东，7月1日到达帝丘店附近。粟裕根据黄百韬兵团经长途跋涉，立足未稳，利于围歼;在帝丘店附近铁佛寺的整编第72师已伤亡较大，无力出援等情况，决心先求歼黄百韬兵团，然后再围歼整编第72师。部署是：以第3、第10纵队及第8纵队一部继续担任对邱清泉兵团的阻击任务;以第8纵队主力及第6纵队1个师围歼榆厢铺、何旗屯的整编第75师残部;以中原野战军第11纵队监视整编第72师并作预备队，以第1、第4纵队和第6纵队主力及两广纵队东移，围歼黄百韬兵团。7月3日，各纵队到达帝丘店西北曹营、谢营，同时全线出击，达成合围并迅速歼灭2个团。接着增调第8纵队参战。5日晚发起总攻，至6日晨，克王老集、孙庄等地，又歼灭1个团。此时，东援的邱清泉兵团已由杞县以北柿园、谢砦地区到达帝丘店右侧，并正向东南方向迂回;由阜阳向北的整编第74师经商丘西援已到达宁陵以西地区;沿平汉铁路北援的张轸集团(包括胡琏兵团)已达淮阳、商水地区。在此情况下，华东野战军如继续围歼黄百韬兵团，势必被迫与多路援敌作战，将陷入被动同时，战区久旱无雨，井涸河干，饮水困难，又兼盛夏酷暑，疫病流行。为保持主动，粟裕当机立断，决定结束战役。华东野战军西线兵团和中原野战军各部队于7月6日晚撤出战斗，向睢县、杞县以南及鲁西南转移。睢杞之战，共歼国民党军5万人。
在此期间，中原野战军主力牵制了平汉铁路沿线的孙元良兵团、张轸集团;华东野战军山东兵团扫清了津浦铁路济南至薛城段国民党军据点，并围攻兖州;苏北兵团攻克涟水、泗阳、宿迁等城镇，均有力策应了睢杞之战。
战役结果
豫东战役，是人民解放军同国民党军在中原地区进行的一次会战。华东野战军西线兵团和中原野战军一部，连续作战20天，歼灭国民党军1个兵团部、2个整编师师部、4个正规旅、2个保安旅，连同阻击战共歼灭国民党军9万余人。削弱了中原国民党军的有生力量，动摇了其据守战略要地和远程机动增援的信心，同时也锻炼丁人民解放军进行城市攻坚战、运动战和平原地区阻击战的能力，为进一步开展中原、华东战局创造了有利条件。