宁南部、锦州、热河、冀东地区。我必须集中可能的力量，争取这次战略性质的决战胜利，奠定我巩固的大根据地。”
毛泽东此时把扼守山海关关门堵截蒋军的希望寄托在李运昌及其冀热辽部队身上。因为，第一，李运昌部最早进入东北，发展又最快，两个月时间部队扩军达8 万人之多，而且又是新枪新炮。直到10月上旬，李运昌还征用了不少马车运送武器，支援北上的各解放区来的八路军部队呢。第二，山海关是“天下第一关”，地势险要，长城在此依山傍海，蜿蜒而上，经义院口、九门口、角山寺形成一条防线，易守难攻。正因为如此，10月下旬，中共中央指示东北局，将山海关、锦州一线防御交给李运昌负责。
11月1 日，中共中央还直接致电李运昌日：你即在彭真、林彪指挥下担任山海关、锦州地区指挥作战、整编部队，运输干部等项任务。而以作战为中心任务，坚决歼灭北进之敌，不要回冀东。詹才芳编成之野战军及在山海关、锦州地区之一切军队及地方工作统归你指挥，而你则接受彭、林指挥。此时的李运昌心理压力很大。虽说现在手上兵强马壮，但兵力并不集中，大部分分散在辽西各个地区，现有的几个团目前仍在山海关至锦州一线摆开，真正守在山海关的部队仅有沙克的两个团。此外，冀东的八路军部队虽参加过八年抗战，但打游击战多，打正规的阵地防御战的机会却较少，部队能否战胜美械装备的正牌“国军”是他所担心的。
因此，在10月30日，李运昌电告中共中央：秦皇岛美军掩护顽军向我山海关驻军进犯，在石河发生冲突，该地情况不明。山海关只有新编约2300人，战斗力不强，情况危急。速告杨国夫率部到山海关增援，此间部队分散沿岸，调不动。不少部队缺武器弹药，不能应战。
10月30日上午，美军和国民党军一部进攻海阳镇。
10月31日，美军和国民党军侵占北戴河。同日晚，另一部美军和国民党军向山海关以西的石河进攻，占据范家营、西富店、南李村、铁庄、东盐务、王家岭、太和寨等8 个村庄。
11月五日晨7 时，美军14人和国民党军300 人向昌黎东北之北宁路上留守营车站进攻，该地为国民党军占领。
同日，中共中央电示李运昌并告彭真：由李运昌在彭真、林彪指挥下担任山海关、锦州地区指挥作战、编整部队。运输干部等项任务，而以作战为中心任务。坚决歼灭北进之敌。
同日午后，国民党第13军两个连兵力犯海阳东北5 里之缨庄、张庄，另有美军乘数辆汽车率领芦台伪军一部向守军山海关前沿阵地作试探性进攻，被击退。
11月2 日，国民党东北保安司令长官杜聿明亲到秦皇岛督战。在这关键的时刻，为策应山海关自卫阻击战，山东军区第7 师师长杨国夫率领第19、第20、第21团，以强行军进抵山海关，并立即投入战斗，接管了山海关正面防御阵地。杨7 师是步行一个余月从山东赶到山海关的。杨国夫是安徽霍丘人，1929年参加红军，红军时期担任过团长，文化虽然不高，但为人精明强干，能征善战；是真正的军事指挥家。其所率的7 师是山东八路军的主力部队。当时是在长途跋涉，异常疲惫的情况下，硬凭着一些有限的轻武器抗击国民党军的。
山海关战役打响后，出现一个怪现象：由于国共双方彼此都缺乏了解，因此交手时都十分谨慎。当时据李运昌部估计由秦皇岛登陆之敌兵力有5 万人，加上美军和伪军达8 万人；国民党方面估计中共军队也有5 万之众，并且装备了东北日军的武器，战斗力很强。其实是蒋军过高地估计了守军的战斗力，所以行动谨慎，不轻易发动进攻，而是加紧构筑工事，摆开了正规、持久作战的架势。
11月4 日，国民党军第13军继续扩展占领北到石门寨南6 里之大王庄、小王庄一带，南至海岸，西到海阳，东至山海关八里处之石河地区。
同日11时，美军7 人乘汽车一辆驶进山海关47团阵地，被阻击，击伤、俘获美军7 人，缴短枪7 支。
此后，国民党军向山海关守军送出通碟称：限6 日退出山海关，撤出铁路100 里，否则，其第89师将大举进攻。
11月5 日晨7 时，国民党军向山海关以西之娘娘庙、二郎庙的守军阵地发动大举进攻。守军发扬英勇顽强、不怕牺牲的战斗精神，奋起反攻，夺回已失之阵地，将进攻之敌赶出山海关。
11月6 日，身经百战的杨国夫决定主动突击一下，于是利用是日夜暗，突袭山海关以西之孟家店和前后七里寨敌军，激战彻夜，毙、伤敌300 余人，俘敌50余人。
11月7 日，中央军委电示李运昌、詹才芳：美军直接向我作战，助顽向我进攻，我应坚决抵抗。所俘之美军7 人，应暂扣留，并向美军抗议，将二切情形及美俘之供词公开发表，速由新华社告延安，延安亦向美军总部抗议。但不应虐待美俘，应做争取工作。
同日，中共中央军委又给李运昌、黄克诚、詹才芳等发电指示：山海关附近已发生战斗。3 师部队到达冀东了解当前情况后，即取捷径向锦州前进，但是必须隐蔽，不要使顽军发现我军大部队进入锦州，可以从山海关以西以北离顽军作战地带数十里以外的地区，绕过顽军进入山海关以东的铁路线上前进。
11月8 日，山东第7 师又以2 个营兵力出击，夺回古城。黑河庄、红瓦店村等阵地。
打了胜仗后，就有了发言权。杨国夫向上级报告说，顽军特点是射击准确，火力强，指挥灵活，通信联络极好，每个阵地都安有电话。但害怕八路军刺刀见红，只要八路军一冲，该敌就后退。
李运昌是山海关战役的总指挥员，这时其担心才一扫而光。11月9 日，他向彭真。林彪致电说：目前顽军三个军已在秦皇岛登陆，数度企图进占山海关，均被我打回。应于目前固守山海关、九门口，而以助守石门寨、海阳镇，滦河镇，局限顽于狭小范围内。并不断以夜摸袭击动作消灭其分散驻守之敌，增加其物资生活困难，消灭其士气。顽大军久驻狭小范围，人地生疏，不能展开，吃烧均较困难，后兵舰撤走则等于瓮中之鳖，不难全部歼灭，东北可无大忧矣。
山海关前线的乐观情绪传到延安后，毛泽东于门月门日在给梁兴初的电报中也认为“顽军火力盛，士气低。”“最怕冲锋，一冲即溃。”并认为山海关一线如能坚持一个月两个月，于大局极有利。“然而山海关的实际战况与想象完全不是一回事。
11月8 日，国民党军最骁勇善战的将领之一的杜聿明来到秦皇岛，秉承蒋介石打出山海关，武力占领东北的旨意，立即召集13军将领会议。在会议中，当杜聿明听到13军军长石党所谓共军火力强大，不可轻易进攻，建议加强工事，稳固防守等的汇报后，十分惊讶，他根本不相信石觉等的汇报。经实地勘测后，他召开营以上军官会议，专门布置了进攻事宜。
11月9 日，国民党军继续向山海关镇和抚宁进攻。山海关守军顽强反击。第13军重新调整部署，将其主力一部转向石门寨至九门口方向进攻，形成对山海关的迂回态势，但仍无大的进展。
11月10日，中共中央电示东北局：目前只争半个月，半个月内黄永胜、文年生两部5000人，梁兴初、黄克诚两部4 万多人必能到沈阳、锦州线。望今山海关我军坚持半个月，即有办法。
11月11日，在杜聿明等指挥下第13军在美军飞机掩护下，再次向山海关发动猛烈进攻。守军各部队在南自海边，北至九门口、城子峪、黄土岭的百里防线上，顽强阻击，战斗异常激烈。各阵地与数倍于己的国民党军浴血苦战，打退其多次进攻。
11月12日，国民党军一个营攻占山海关南龙腰阵地。
11月14日14时，中央军委给山海关前线指挥官李运昌。沙克发电指示：山海关、绥中、兴城之线，必须坚守，掩护主力黄梁集中锦州，时间至少三星期，多则两个月，望动员民众，构筑多道防御工事。
11月15日，中央军委给林彪、彭真、罗荣桓回电：你们11月15日给黄梁、杨国夫电已转去，并令他们依照你们电令以先头一部，配合杨国夫，打击山海关、义院口方面之顽军，主力迅速转到绥中、兴城之线。
11月30日，由越南海防海运至秦皇岛的第52军赵公武部全部登陆。14日，杜聿明重新下达了进攻命令。他重申了蒋介石的“连坐法”规则，吓得各级军官谁也不敢消极怠慢了。
15日，以第13军全部及第52军主力共5 个师，在炮兵和飞机配合下，猛攻守军阵地，并以第52军之25师和第13军之89师出九门口，经角山寺东麓对山海关守军侧背的薄弱部位进行包围。
杜本人也亲自督战。由于敌我双方实力悬殊太大，杨国夫的7 师尽管全力阻击，但也拦不住强大敌人的全力冲击。
杨7 师顶不住了。他及全师从山东由陆路长途行军至山海关，没经休整即投入战斗。当时幻想到东北后能拿到新枪新炮，但到了山海关才发现根本不可能。战斗中与山东地区完全不同，没人送饭送水，甚至连伤员都找不到人抬。左右配属的部队，大多是临时“扩军”凑合起来的部队，一听见炮响就四下溃散。当杨国夫得悉九门口、义院口均已失守，如再不转移，全师将有被合围的危险情况后，没等李运昌的命令，于16日早撤出山海关，沿北宁路后退，仅留下少数部队担任掩护。
16日早晨，国民党第13军向山海关正面发起总攻，然而得到的回答是一片寂静。
后来，杜聿明才知道，守卫山海关的中共主力已于16日晨撤出了山海关。
对于撤退的原因，李运昌这样说：“从11月8 日至16日，敌以7 万人向山海关九门口正面进攻，激战多次均被我军击退，乃以三个团出城子峪口，迂回山海关和九门口侧后，企图包围我军。我因兵力不足，无预备队阻击敌人，在敌众我寡的不利形势下，不得已于11月16日撤出山海关。是日下午，13军与52军一部在山海关以东地区会合，蒋军终于占领了山海关城，打开了陆路通向东北的大门。”
山海关阻击战，前后激战半月余，迟滞了国民党军进攻，有效地掩护了新四军3 师、山东解放军等主力部队进入东北，并为日后战胜国民党军积累了经验。
27。 决计避战一一个根本性意见我军放弃山海关后，开始北上；而国民党军占领山海关后，除留第13军之54师、第52军之195 师守备山海关及附近战略要点外，其主力部队继续北进，企图趁我军兵力转移不及组织新的防御之机，夺取北宁路山海关至锦州段。
此时，杨国夫的山东7 师因撤出山海关前，军情太急未及通报李运昌，直到第二天李运昌才获悉杨7 师已撤至绥中。毛泽东主要是靠收听新闻广播得知山海关我军已失利的消息的。尽管战况很不妙，但毛泽东考虑到独霸东北的需要，山海关。绥中之线还是要坚守。为此，他致电李运昌、沙克、命令“山海关、绥中、兴城之线，必须坚守。掩护我主力黄梁集中锦州。时间至少三星期，多则两个月。”在此电中，毛泽东指示李运昌、沙克报告所部兵力和战斗力情况。
李运昌如实报告了其所掌握的军情：山海关至兴城一线共有正规部队二万人。其中山东部队（杨师）有战斗力，他属下的冀东19团、22团是县大队改编的，战斗力差；还有地方武装和驻葫芦岛的36团也都没什么战斗力。电报实际上反映了靠李昌所部坚守绥中兴城一线，恐难以胜任。
中共中央收到11月16日李运昌的电报后，决定改变计划，遂于17日致电黄克诚、程子华、李运昌等，命令李运昌。杨国夫7 师在锦州地区运动防御，实行“节节坚决抗退，既不死守，又不轻易放弃阵地。”同时命令黄克诚、梁兴初部迅速集结到锦西地区，“待敌深入锦西、兴城线，从敌左侧后突然攻击”。
但是，当中共中央的以上指示尚未及执行的时候，杜幸明已经抢在了前头。杜聿明严厉地斥责了第52军军长石觉没有乘胜实行战场外追击的失职行为，命令各部继续北进。11月18日，第52军之25师沿临（榆）锦（州）公路和向绥中进犯。第13军以3 个师兵力，分左右两路向绥中围攻。25师占领沙河站。
是时，杨国夫师刚从山海关撤至绥中，部队极度疲劳，尚未喘口气，国民党军就紧紧跟上来。杨国夫只得布置部队再行抵抗。随后，由于敌强我弱，不利于再战，杨国夫即指挥7 师继续后撤了。这样到了11月19日前后，国民党军侵占了沙河站、绥中等地。
随着绥中的失守，兴城、锦州便暴露在国民党军的兵锋之下。东北军事形势突变后，毛泽东依据的还是山海关之战前东北局所反映的东北情况，仍希望待黄克诚和梁兴初两支主力部队到达山海关地区后，集中兵力与国民党军决战，举行反攻，最终达到独占东北的目的。毛泽东这一意图反映在11月15日给彭真和林彪的电示中。电报指出：目前山海关作战并非真面目战斗，我黄梁二部4。2 万远道新到，官兵疲劳，地形不熟，目前开至义院口、驻操营，必无好仗可打，即使歼敌一部，不过战术胜利而兵力暴露，不得休整，势将处于被动俟敌进至绥中地区或兴城地区业已疲劳消耗至相当程度，我则可集中最大兵力，计黄克诚3。5 万。梁兴初7000，杨国夫7000，李运昌、沙克在盘山、锦州至山海关一带者至少2 万，共约7 万人，于最有利之时机地点，由林彪或罗荣桓亲去指挥，举行反击总之，从内线作战着眼，此种方针最为有利。
毛泽东是要彭真和林彪将主力隐蔽在锦州一带地区，进行内线作战。应该说，毛泽东的设想是很好的，但由于东北实际情况变化太快，而且形势发展下去将对中共越来越不利。此时作为总司令的林彪比谁都着急，遗憾的是“强将手下无强兵”，林彪“巧妇难为无米炊”，他也拿不出好办法。他习惯于用小指挥班子，指挥起来轻便迅速灵活。这时他离开了锦州的指挥部，前往兴城、锦西察看地形，同时等待新四军第3 师和八路军山东梁兴初部的到来。
在兴城，林彪了解到了山东7 师杨国夫部“伤亡失散千余人，极疲惫。无棉裤，许多无鞋，赤脚战斗”。林彪会用兵，也懂得爱兵。他认为杨7 师不能再打了，应撤到后方休整或剿匪，暂时不参加正规作战。
11月21日，山东军区一师师长梁兴初和政治委员梁必业带8000人由山东昌邑、寿光，经河北霸县、玉田，从冷口出山赶到了兴城。梁师是一支能征善战的红军部队，但此时已是疲劳不堪，必须立即进行休整了。
林彪还仔细检查了其他部队的情况，结果他认为，依照现有条件，根本不可能打胜仗。
11月22日，中共中央指示林彪、罗荣桓、李运昌。黄克诚、刘震：顽第13军、第52军向锦州急进，望集中营口。沈阳主力到锦州方面，会同已到锦州以西地区的山东第1 师和已至冀东正向锦州方向疾进的新四军第3 师，隐蔽集结于兴城、锦西、锦州之三角地带，俟敌进至绥中、兴城一带疲劳消耗至相当程度时，集中最大兵力，于最有利的时机、地点，举行反攻，分作几次战斗，各个歼灭进犯敌军。
但此计划因我军主力还未赶到，随着11月18日绥中失陷和11月22日兴城、