在陳粟搭檔中，陳毅以超人的戰略眼光和深思熟慮的策略，專註於籌劃大殲滅戰。1946年底，陳毅準確地預測到蔣介石會利用偽「國大」舉行軍事行動，於是他準備迎戰，並且預料到結果會如他所料。
陳毅和粟裕兩位華野領導人深入研究敵軍動態，準確判斷出蔣介石的四路進攻計劃中，由宿遷發動的這一路對我軍的威脅最大，且敵軍左、右兩縱隊兵力分布不均。
他們制定了作戰計劃，決心首先攻擊敵軍左路縱隊的預3旅和41旅，然後攻擊敵軍右路縱隊的60旅，同時阻擊由宿遷進攻沭陽的整編第11師。
該戰役預計在7至10天內結束。
這是一場精彩的戰役，其核心思想是透過解放軍主力打擊敵方的薄弱側翼，迫使敵方撤退並趁其混亂之際割裂其左路予以殲滅，然後調轉方向攻擊其右路，從而在兵力優勢不大的情況下（1.9比1），以更多的兵力在連續戰鬥中各個擊破敵方。
12月15日，中央軍委表示，他們對陳、粟的部署表示贊賞。陳、粟立即下令一縱、8師、7師及九縱的一部份，分別對曉店子至嶂山鎮一線發起猛烈進攻。
當夜9時，8師開始向敵人線形布勢的腰部制高點——峰山發起猛攻。守敵憑借山頂工事頑強抵抗，8師攻擊經夜，3次突擊均告失利。
眼看天將拂曉，在這關鍵時刻，23團營教導員張明下了最後的決心，親自組織帶領突擊隊第4次沖擊，最終占領了對全域至關重要的戰場制高點峰山，使敵方陣腳大亂。
在戰鬥中，一縱自8師右側向井兒頭敵整編第11師發起攻擊。其先頭第3旅兩個團一度攻到11師師部駐地曹家集以西，擊潰一個工兵營和騎兵營大部，並抵達曹家集土圍，距離師部僅二三百米的地方，使師部一時陷入混亂，無法增援69師。
16日天亮後，敵人發現左縱隊處境不利，於是拼死攻奪懈山，激戰一天。下午5時，陳毅接到戰報，「敵猛攻竟日不逞，並被殲一部。」
當晚，陳毅命令一縱主力分兩路勇猛東插，將宿沭公路上的11師、曉店子地區的預3旅、羅莊地區的60旅割斷為三部份。
11師拼力向預3旅靠攏救援，後者也想沖出包圍，但被擊退。17日晚，8師對曉店子守敵發起了猛烈沖擊，發揮了其攻堅特長，迅速突入並激戰至深夜12時，終於將預3旅全數殲滅。
同時，一縱、7師也各殲60旅一部，敵旅長率2000人第二天從李圩突圍，也終未逃脫覆沒的命運，被7師、一縱全殲。
陳毅和粟裕在指揮所旁，緊張地關註著占據人和圩的敵軍69師師部。雖然在18日拂曉發起的第一次總攻未能取得勝利，但陳毅和粟裕決心不顧一切代價，在今晚12點前解決敵人。
經過一番部署，他們在10點半再次發起總攻，迅速突入，整編69師師長戴之奇率領殘部在東北角進行頑抗，直到淩晨4點，才被消滅。
19日上午，敵軍41旅旅部和一個團從苗莊突圍，再次被殲滅。持續了4晝夜的宿北戰役取得了勝利，敵軍69師三個半旅和工兵第5團等部共2.1萬余人全部被殲滅。
這一勝利對大局有利，中央軍委在18日和20日兩次電賀，並嘉獎了所有有功的將士。陳賡與粟裕在此戰中是什麽關系？
