1948年11月6日晚，解放軍中原、華東兩大野戰軍，遵照中央軍委和毛澤東主席的戰略決策，向盤踞在徐州地區的劉峙集團發起進攻，揭開了淮海戰役的序幕。在戰役的第一階段，解放軍以殲滅蔣軍黃百韜兵團為中心任務。

黃百韜兵團的五個軍在得到解放軍進攻的消息后慌忙后撤，其中，兵團司令部率領四個軍沿隴海路東渡運河，向徐州地區集結，另以戰斗力較強、號稱“勁旅”的六十三軍擔任左翼掩護，在堰頭分散扎營。11月8日下午，解放軍華野九縱的先頭部隊趕到新安鎮時，得知國民黨六十三軍剛剛離開兩個小時，于是奮起直追，于當日傍晚趕到堰頭追上了六十三軍后衛部隊和軍部，并立即發起進攻。戰斗中，為了迅速渡過一條10多米寬的河流，解放軍九縱七十九團10名戰士跳進冰冷的水中，用肩膀托起木板架起浮橋，保障部隊迅速順利渡河。戰至11月9日拂曉，九縱殲敵2000余人。國民黨六十三軍余部急向窯灣方向逃跑。

窯灣鎮西臨運河，北靠沂河，位于兩河結合處，鎮周圍有4米高的土圍墻，并且筑有防御工事。為了從窯灣鎮渡過運河繼續西逃，國民黨六十三軍于9日上午進入窯灣鎮后，軍長陳章命令部隊控制鎮外圍的大小村莊，沿圍墻加緊修建防御工事與障礙物，又派出工兵連趕到運河邊架設浮橋，搶奪船只。這股敵人到達河邊時，發現對岸陣地已被解放軍華野十一縱先頭部隊占領。陳章聽到報告后，立即增派一個營的兵力強渡運河，企圖占領對岸陣地，被解放軍擊潰，傷亡慘重。萬般無奈之下，陳章只得收縮部隊，退至鎮內固守待援。

此時，解放軍華野九縱部隊已追擊到窯灣，并包圍了窯灣國民黨六十三軍主力。不久，華野一縱部隊趕到，九縱按照上級命令，將陣地移交一縱后，迅速渡過運河，前往新的戰場執行新的戰斗任務。

一縱經過急進行軍到達窯灣后，于傍晚即向敵人發起進攻，很快肅清了外圍敵人，把窯灣鎮圍困起來。為防止敵人偷渡，一縱又派出一個偵察營連夜渡過運河，和兄弟部隊一起鞏固陣地，控制所有渡河船只與器材，完全切斷了敵人的西逃退路。

11月10日上午，一縱首長根據情報，召開了由各師師長、政委參加的作戰會議，大家研究制定了具體作戰方案，報請野戰軍首長批準施行。

11月11日下午4點30分，戰斗打響。一縱按預定方案集中幾十門榴彈炮和山炮向敵人主陣地和軍指揮所猛烈轟擊，窯灣鎮小東門的城墻首先被炸塌，接著部隊又組織了多次爆破，摧毀了敵人的工事和障礙物。各師按縱隊的部署，采取“擊破一點，大膽猛插，直搗縱深”的戰術，同時向窯灣發起攻擊。經過激烈的戰斗，部分解放軍戰士登上城墻，并打退了敵人的三次反撲，乘勢向縱深發展。不久，攻入城內的部隊和城外部隊里應外合，又相繼突破了其他各城門，和守敵展開了反復廝殺，逐屋爭奪，從東、南、北三個方向沖向位于鎮中心的天主堂——敵軍部指揮中心。戰斗中，徐州方面的國民黨軍多次出動飛機前來助戰，向被圍六十三軍空投糧食和彈藥，結果大部分被攻入城內的解放軍繳獲。

由于電話線被切斷，敵軍長陳章無法指揮，只得親自指揮身邊的一個團試著向南門突圍，但沖鋒數次，均被解放軍截回，損失慘重。隨著解放軍包圍圈的逐漸縮小，國民黨殘部紛紛繳槍投降，兩個師長也“棄職逃走”。一縱一師二團五連的20名戰士沖入敵軍部后，里面的200多個敵人立即繳槍投降。有個投降的副團長還主動吹起集合號幫助解放軍召集俘虜，一下子又集合了包括5名營級干部在內的400多人。這些人全部放下武器后，排成三路縱隊，在解放軍1個班的押送下離開鎮子。

敵軍長陳章見大勢已去，慌忙帶領幾個衛兵向運河方向逃竄，企圖利用木板泅水，順流南下。誰知剛逃到河邊，就遭遇解放軍密集火力的掃射，中彈斃命。

12日拂曉，窯灣戰斗勝利結束。據統計，此次戰斗，華野一縱共計殲滅國民黨六十三軍兩個師5個團共13700余人，沉重打擊了黃百韜兵團，為解放軍完成淮海戰役第一階段的作戰任務創造了有利條件，受到野戰軍首長的通令嘉獎。