就在这个危急时刻，陈毅率山东野战军指挥部南下，到达淮北。他认为华中战局除苏中地区形势较好，「敌气已颓」之外，整个淮南、淮北地区的敌人气焰都很嚣张。因此，他决心在淮北打一两次好仗，以改变局势。
经过研究，他首先选定的战斗目标是驻守泗县的桂系两个团。
陈毅对于泗县志在必得，他使用山东野战军的主力第八师担任主攻任务，要求他们速战速决，赶在敌人桂系第七军未调整完部署与第五军未到淮北以前解决战斗。
八师作风顽强、战斗勇猛，新四军中被称为「陈军长袖子里的小老虎」。但在攻打泗县的战斗中，却未能奏效。
在8月7日发起战斗后，泗县之敌不断组织疯狂反扑，战斗陷入胶着状态。8月9日晚，陈毅果断下令撤出战斗，全部主力撤到睢宁以西地区休整。
泗县城未攻下，八师付出了2000多人伤亡的代价，更重要的是，泗县我军失利后，国民党军乘势向淮北推进，并准备向华中解放区首府淮阴与山东解放区首府临沂两个方向进攻，造成了我军进一步的被动。
「胜败乃兵家常事」为古来治军明训，自古以来，没有一位百分之百的常胜将军，也自然没有一位将军敢于宣布自己从未吃过败仗。
战争的关键问题不在于你是否有过失误，有过失败，而在于你能否从失误与失败中重新找回成功，汲取教训，取得最后的胜利。这是一个杰出军事家应有的大将风度，陈毅身上恰恰体现出这种大将风度。
在紧张的战斗中，陈毅一方面把握战局的变化，在毛泽东与中央军委的领导下进行战略调整，逐步实现了山东野战军与华中野战军的集中统一，完成了艰巨的战略转变。
另一方面，认真总结了进入解放战争以来三个月的经验与教训，尤其是认真总结了泅县之战的深刻教训。
从客观上讲，泗县之战的失利主要是进入解放战争时期后，敌手敌情都发生了重大变化，我方从指挥员到战士还不能完全从战略战术上调整适应过来，有急于求成、战役组织不够周密等弱点。
具体来讲，还有这样几点原因：
第一，地形掌握不够。
泗县为水网地区，7月中旬以来，暴雨不断，到处沟满壕平，一片泽国景象。许多干部提出「沟满水深，不好突击」，主张不攻泗县。
军分区的一些领导则凭经验，认为「泗城外壕水深不过膝」，山野参谋长力主攻打泗县，陈毅赞同了这一主张。
但在战斗实施中却发现水势太大，部队往往在齐胸的积水中前进，弹药受潮失效，炮车辎重无法行进，攻城战斗打响后，二纵竟因河水阻隔，无法接近城门，这都直接影响了战斗的进行。
第二，敌情掌握不够。
敌方守城部队是桂系第一七二师，多系老兵，顽固、善守是其突出特点，而我军远途奔袭，部队疲困，战前又未进行周详的战术侦察。战事不顺更在所难免。
第三，战役优势未能有效利用。
这次攻打泗县，有山东野战军19个个主力团，加上其他部队，共投入22个团，从总局上看，我方处于绝对优势的状态中
但在战役实施过程中，仅将6个团用于攻城，而且这6个团还分出了将近一半的力量去解决外围据点，战役上的优势变成了战术上的劣势。
所以，这一仗打完后，战士们反倒首先看出了问题所在，他们说：「上级老说要集中兵力，临到打起来，却要敌人两个打我们一个。」
第四，战前组织协调不充分。
这次泗县战斗前，由于时间紧追，未召集参战各纵队（师)级指挥员集中研究战役协调工作，未进行具体组织准备，造成总的部署有兵用不上，主攻部队兵力分散，无预备队。
对于泗县之战以及三个月来的战斗，陈毅在10月4日专门给八师领导写了一封信，坦率地进行了自我批评，总结了这一时期的经验教训。
在陈毅的带领下，从指挥员到战士，都对二个月来的战斗进行了认真的回顾与总结，尤其是山东野战军与华中野战军统一行动，两个指挥部合为一个后，陈毅在涟水先后多次召开干部会议，总结经验，吸取教训，研究战略战术。
经过两个月的战斗洗礼，经过认真的总结，陈毅的军事指挥艺术，又得到了新的升华，各级指挥员的指挥水平也得到了提高。
尤其是两大野战军合并后，粟裕与谭震林又成为陈毅的左右手，组成了最佳指挥组合。
根据中央军委指示、两大野战军合并后，陈毅为司令员兼政委，粟裕为副司令员，谭震林为副政委。总体格局是「在陈领导下，大政方针共同决定、战役指挥交粟负责」，谭震林主要协助陈毅负责部队党的工作。
山东野战军与华中野战军合并指挥后，在陈毅、粟裕的指挥下，迅速以全新的姿态投入了战斗。
陈毅完全走出了一个新的指挥思路，在粟裕的鼎力协助下，指挥部队取得了宿北大捷，逐步走上了其军事指挥生涯的鼎盛时代。
中央军委两次电贺：「庆祝宿沭前线歼敌2万以上的大胜利，于大局有利，甚好甚慰，望对一切有功将士传令嘉奖。」
宿北战役对华东战局的影响自不待言，我们在这里需要提出的是这一战役标志着陈毅军事指挥艺术的一个飞跃，标志着陈粟指挥体制的正式形成。
正如【陈毅传】所说：「这是解放战争中陈、粟第一次共同指挥大型战役，一个能压阵作主，一个善运筹布兵，两人配合默契、相得益彰。」
