1946年夏，国民党军占领淮南淮北之后，企图占领淮阴县淮安县（今属淮安市淮阴区、淮安区），进而占领整个苏北地区，切断华中野战军向北撤退之路。由于对国民党军作战企图判断不准确，山东野战军作战计划调整缓慢，失去战场主动权。危急之下，华中野战军主力仓促北上，也未能保住两淮。
一、国民党军直指淮阴淮安
泗县战斗后，国民党军由淮南增调整74师及整28师第192旅，加强淮北战场兵力。1946年8月中旬，上述部队进占安徽省灵璧县朝阳集、江苏省铜山县（今徐州市铜山区）庙山圩等地。8月19日，国民党军参谋总长陈诚在徐州主持高级军官会议，制定了以徐州为核心，分路挺进的第二期作战计划。8月21日，向淮北津浦铁路（天津—南京浦口）以东进攻的12个旅，开始向江苏省睢宁县、宿迁县（今属宿迁市）方向和山东省峄县台儿庄方向推进。
1946年9月初，蒋介石限令进攻华中解放区的各路部队，在月底前攻下苏北各重要城镇，为全面进攻山东解放区创造条件。国民党军徐州绥靖公署为了达到“迅速攻占淮阴、淮安，歼灭苏北共军”之目的，决定执行第二期绥靖计划。具体作战部署如下：（1）以第7军东渡运河，攻占江苏省泗阳县，向淮阴县渔沟镇突进，掩护整74师的左侧安全。（2）以整74师配属1个工兵团担任主攻，沿运河西岸南下，限9月16日前攻占淮阴县。（3）以整28师第192旅为预备队，在整74师之后跟进，掩护其右侧背。（4）各部队由徐州绥靖公署副主任兼苏北绥靖军总司令李延年统一指挥。
◆国民党主力部队整编第74师。
1946年9月10日，国民党军整74师、整28师由宿迁县西北地区隐蔽进到泗宿县埠子集、泗阳县洋河镇、仓集（今均属宿迁市宿城区）一线，会同由安徽省泗县经泗阳县临河集进至运河以东的第7军，夹运河分别向泗沭县众兴镇（今属泗阳县）、淮阴县来安镇（今属泗阳县）及南新集、马头镇等地猛攻。
1946年9月14日，在第7军之后，整74师以第58旅、51旅为第一梯队，以第57旅、整28师第192旅为第二梯队，经泗阳县南下，沿运河南岸猛攻，并出动飞机助战。9月15日，国共军队对峙于淮阴县杨庄、马头镇、小桥之线。我第9纵队和地方武装节节阻击，与国民党军浴血奋战。
二、山东野战军主力迟缓南下
1946年8月下旬，山东军区判断，国民党军徐州绥靖公署部队继续东进，有控制陇海铁路（兰州—连云港）东段，分割华中解放区与山东解放区的联系，然后再行向北打通，南北夹击进攻，达到各个击破的企图。因此，向中共中央军委建议：如山东野战军目前在淮北无好仗可打，应将主力北靠陇海线休整，准备消灭东进的整28师及整74师，以使陇海铁路东段打通。这样便于将来山东野战军对华中、山东作战机动，对晋冀鲁豫野战军作战亦有配合。
对于山东军区的建议，中共中央军委十分赞同。1946年8月27日，中共中央军委致电山东野战军司令员兼政治委员陈毅，并告晋冀鲁豫野战军司令员刘伯承、政治委员邓小平，山东军区第一副司令员张云逸、副政治委员黎玉：“现在秋高水落，正是歼敌时机。薛岳手中有三十几个旅，我军不论在津浦线上，在陇海线上，或在两线之间，或在他处，总之，必须寻找机会，歼灭薛部正规军八个至十个旅（刘邓则须歼灭刘峙八个至十个旅），方能初步解决问题。请你们考虑切断津浦，调动敌人打野战，是否尚有希望？如有希望，则以切断津浦执行原计划为有利；如无希望，则须考虑是否有被东进之敌将我主力隔断于陇海路南之危险；并请考虑在睢宁、宿迁地区歼敌较之在陇海线上歼敌孰为有利？如无隔断危险，并在睢、宿歼敌更加有利，则可在该地歼敌；如有隔断危险，且在陇海线上歼敌亦属有利，则以照张黎宥（26日—笔者注）电主张行动为宜。”
◆津浦路和陇海路示意图。
1946年8月29日，中共中央军委致电陈毅：“现在敌人逐步向东，企图打通陇海线并威胁淮阴、临沂，我军必须寻找机会歼敌。我军休整一个月之计划事实上不可能，将使自己陷入被动地位。你率主力应在睢宁以东地区待机，仿粟裕办法，集中主力歼敌一部，休整若干天又打，打后又休整若干天。如此常保高度士气，纪律亦可改善。九月正是作战时机，刘邓军、中原军均希望你军配合。此时不打，敌占地愈多，威风愈大，我士气民气均将受损，故必须寻机作战，灭敌人威风，壮自己志气。每次歼敌一团一旅，打五六次，即可造成有利局势。”
针对国民党军进攻态势，山东野战军集结于睢宁县，积极寻觅战机，准备歼其一路。由于国民党军前进慎重，队形密集，难以分割，战场狭窄，不便回旋，加之雨水影响，一直未获战机，睢宁县、宿迁县相继被国民党军占领。1946年8月底，山东野战军除留部分武装坚持淮北敌后斗争外，主力转移至泗阳县以东地区休整。
1946年9月2日，国民党军整74师、整69师进至睢宁县至宿迁县一线，第7军进至泗阳县西北的洋河镇、临河镇一带。国民党军一面积极部署进攻淮阴，一面却向江苏省沭阳县方向进行佯动，企图威胁苏北解放区与山东解放区的联系。为确保苏鲁解放区的联系，陈毅决定移师沭阳县以南地区，准备歼击可能由宿迁东进的国民党军。
1946年9月4日，陈毅和山东野战军参谋长宋时轮提出3个作战方案，并指出各自利弊：“第一案，北移沭阳，迎击东进之七十四、六十九师，可保持鲁南联系，但只能留九纵守泗阳、众兴，力量是不够的；第二案，就地出击洋河，估计要打桂系两个师，必拼消耗，不合算；第三案，留现地待机，桂系来攻，可予以歼击，桂系不来，则待蒋军分路东进后，北打蒋军为有利”。
◆陈毅与粟裕。
华中野战军司令员粟裕和政治委员谭震林在苏中接到华中分局转来的陈毅宋时轮作战方案，反复研究认为不妥。他们认为，淮阴淮安是华中解放区的首府，又是苏中前线的后方，苏中战役能够顺利实施，得助于陈毅率山东野战军主力作战于淮北，保障了华中野战军侧翼与后方的安全。现在，如果山东野战军不先给对峙于泗阳、众兴的国民党军以打击即转至沭阳县作战，有使国民党军迅速乘隙占领两淮和运河线，迫使华中解放区沦陷的危险。因此，他们连电建议山东野战军主力先在泗阳县寻机歼敌。
1946年9月8日，粟裕和谭震林致电中共中央，并陈毅宋时轮、华中军区司令员张鼎丞、政治委员邓子恢：“顽七军全部及九十九军、七十四军各一部，集中洋河、埠子、宿迁等地，顽四军已开始接替淮南防务，二十六军集中于马集（天长南），视此顽有集中二十六军及二十五军重向我邵伯、高邮进攻，顽七军等则东攻泗阳、众兴，直扑两淮。如两淮一失，高邵不保，整个运河线丧失。顽从两淮窥盐阜，从高宝进窥兴化，将我苏中主力迫至东台一蠡之地，此为华中最坏前途。因此，我苏中主力决心放弃围攻海安，求得十天左右之休整，逐渐转回泗阳地区，求得给桂顽以打击，稳定华中局势。但休整与行动，必须有二十天之时间，才能集结于泗阳阵地。否则顽逼近两淮作战阵地，已失主动，且西转也无能矣。”电报中的99军即整69师，74军即整74师。
同日，刘伯承、邓小平率领晋冀鲁豫野战军在山东省定陶县取得大捷，全国解放区振奋。中共中央军委致电陈毅、张鼎丞、邓子恢，并告张云逸、黎玉：“我刘、邓已大胜，对你们必有帮助。同意八师暂不北调，俟秋高水落，集中兵力在淮海歼敌，并与粟、谭南北配合，巩固两淮，开展局面。”
1946年9月10日，陈毅、宋时轮致电中共中央军委：“与各师会商，均不主张在泗阳作固守防御，故采取由北向西的作战方针。执行此办法，泗阳可能失守，估计敌未到达淮阴之前，我军西攻奏效，则淮北局势改观，两淮仍能保持。”当天，国民党军第7军、整74师、整28师第192旅共6个旅（师）开始进攻。
1946年9月11日，中共中央军委一天之内连发两电，调整兵力部署。第一电，致陈毅、张鼎丞邓子恢、粟裕谭震林：“粟谭率主力即开两淮机动位置，到达后如北面南下之敌已歼灭，则在两淮休整待机，或配合二、七、八师全力打开淮海局面，或向南攻取扬泰线，或向淮南路东歼敌。”第二电，致陈毅宋时轮、张鼎丞邓子恢、粟裕谭震林：“敌六个旅南下，两淮危急，粟率苏中主力（一、六师）立即开两淮，准备配合陈宋主力彻底歼灭该敌。但陈、宋应独立作战，务于粟、谭到达前歼灭南下之敌一个至两个旅，顿挫敌之前进，争取时间，以待苏中主力到达，协力歼敌全部。”
根据中共中央军委指示，陈毅重新调整作战部署：（1）以山东野战军主力南移淮阴县、泗阳县之间运河以北地区，求歼由泗阳县东进的国民党军一部。（2）以华中野战军第9纵队在泗阳县以西构筑两道防线，在淮阴县南新集一线构筑第三道防线，抗击由运河南岸东进的国民党军。（3）华中野战军第5旅、第13旅由苏中地区星夜北上，至淮阴县以西、运河南岸设防。（4）华中野战军主力第1师、第6师北上，会同山东野战军在淮阴附近歼灭国民党军。
1946年9月11日下午和傍晚，陈毅连发两电给中共中央军委，并告张鼎丞、邓子恢、粟裕、谭震林，称已与张鼎丞、邓子恢商定，“山野决心在淮泗间歼敌，以保卫两淮，以改变战局。部队明晚即可部署就绪。分批歼敌两旅到三旅是有把握的。”
◆两淮保卫战中9纵的守备命令。
当天晚上，粟裕致电陈毅宋时轮，并报中共中央、张鼎丞邓子恢：“敌人以三个军（师）向两淮进攻，仅以九纵及皮旅（尚未到）势难阻滞敌人前进。如五旅赶到逐步增加兵力，只能起补疤作用。因此，在一、六师未到前，建议山野主力依靠泗阳正面阻击或以翼侧向敌作反突击，歼敌一部，以挫敌锐。待一、六师到齐后，两个野战军配合击敌，效果较大。如山野单独挺入敌后，恐难于短期转变战局，亦不易调转向两淮进攻之敌。据此间经验，敌后之工事十分强固，且火力甚强，决非短时间所易克。如此，则两淮有失守可能，则我山野及华野两个部队配合作战，亦将增很大困难。”
1946年9月12日，中共中央军委同意陈毅和粟裕的意见，致电陈毅：“你们务必在泗阳、淮阴之间歼敌一个至两个旅，顿挫敌锋，以待粟谭主力到达，歼灭余敌。此战关系大局，望集中全力以赴。”
但是，陈毅调整部署尚未就绪，国民党军已经逼近了。1946年9月12日，国民党军第7军已东渡运河，攻占泗阳城，进逼淮阴城。山东野战军主力由沭阳县急速南返，在运河以北、淮阴县渔沟镇、来安一线数度组织反击。因国民党军反复采用收缩集结战法稳步推进，山东野战军未能达到歼敌的预期目的。第9纵队被迫放弃第一、第二道防线，转入第三道防线。仅第7师第20旅在泗沭县众兴镇击退国民党军第7军的连续进攻，对其以较大歼击。
陈毅决定由谭震林组织指挥所，统一指挥第13旅第18团、第5旅、第9纵队及淮宝（淮阴县、淮安县、宝应县）地方部队，担任保卫两淮和淮宝地区的作战任务。以山东野战军主力第2纵队、第8师、第7师第20旅阻击可能由众兴东进的国民党军第7军。他指令谭震林：“为防万一，请准备随时能炸毁淮阴北大桥。”
三、华中野战军主力紧急北上
1946年8月31日，苏中战役结束。9月4日，中共中央军委致电华中野战军司令员粟裕、政治委员谭震林，并告陈毅：“希望能于九月上半月完成东面作战任务，下半月休整。十月上旬攻取扬泰线，中旬休整，下旬进入淮南作战。”中共中央军委的设想是，山东野战军主力先给徐州东进的国民党军以相当打击，然后集中山东野战军、华中野战军，从淮北、淮南两面夹击国民党军。
但是，苏北地区国民党军仍在调整部署，大举进攻两淮的迹象越来越明显。1946年9月9日，中共中央军委纵观全局，作出新的决定：“粟谭部连战疲劳，亟待休整，目前各方敌情正在改变，无论将来向何方作战，似以放弃攻取海安，即时休整”。同日，中共中央军委致电粟裕、谭震林，正式通知：“同意放弃海安，休整十天，准备向北机动。”9月10日，谭震林由苏中前线到达淮安。9月11日，鉴于国民党军已经开始进攻，中共中央军委命令华中野战军主力立即北上。
华中野战军接到中共中央军委命令后，立即收拢队伍，冒着酷暑大雨，昼夜兼程北上。紫石县海安镇距两淮约250公里，一路水网，既少陆路，又少船只，且值天雨不断。预计先头部队一周到达，大部队要两周才能到达。1946年9月13日深夜，粟裕率领华中野战军机关到达江苏省东台县（今东台市）富安镇。他们没有停留，立即乘汽车北上。9月14日下午，他们到达华中军区驻地淮阴县城东10余公里的马厂王高村（今属淮安市清江浦区）。
1946年9月15日傍晚，张鼎丞、邓子恢、粟裕、谭震林致电陈毅并中共中央，建议山东野战军主力南移淮阴附近作战。
1946年9月17日拂晓，粟裕由华中军区驻地马厂赶到淮阴指挥作战。粟裕、谭震林致电山东野战军：“为便于今后作战及扩大政治影响，争取和平起见，我们决心坚守淮阴，惟弹药太缺恐难持久。因此，仍恳请山野主力早日南来（最好今晚，渔沟作战部队于今晚先开来淮阴），以便围歼进犯淮阴之敌。”当天，成钧率第5旅到达淮阴，第6师先头部队到达淮安城北郊板闸墁。
1946年9月18日，陈毅先后3次致电粟裕、谭震林。第一电说：“为保卫淮阴，决以二纵全部六个团今（十八）星夜赶赴淮阴，协助守军（皮旅、五旅、九纵）歼击七十四师，以七、八师仍于渔沟、来安间阻击桂顽”。要华中野战军“无论如何坚持两天，韦（国清）到即分配出击任务”。第二电说：“桂顽三个团猛攻渔沟，我各部遂加入战斗”，“但仍尽可能一二个团今夜南下淮城”。第三电说：“决派十九旅五十六团明晓赶到王营”。
粟裕得知陈毅决定第2纵队全部来援，立即调整作战部署，以一部分兵力转入敌后，给第2纵队援军让出阵地。1946年9月18日下午，他在发给中共中央并张鼎丞邓子恢、陈毅宋时轮的电报中说：“今淮阴危机已屡祈救，念我六师一个旅今晨可到板闸墁，军长已决定派四、九两旅来援。因此我们明晚即可转入反攻，首先歼灭敌人之一个旅，而后再歼其全部，详情待后再报。”中共中央连夜复电：“甚好甚慰。望鼓励士气，完成歼敌任务。”
1946年9月19日3时，粟裕派参谋张剑到淮阴以北迎接第7师第19旅第56团南下，并要他转交一封亲笔信。该信写道：“团长、政委同志：欢迎你们南来参战。特派张剑参谋前往迎接。你们到淮阴后，找五旅联络，归成钧旅长、启民政委统一指挥。预祝你们胜利。”张剑骑马走过淮阴城北的盐河，看到王营大桥已经修复，桥面上铺上了木板和柴草。他在王营以北接到56团，随即把他们带到淮阴城下。
但是，1946年9月19日凌晨，整74师所部突进淮阴城关，由两个连迅速扩大到1个团。谭震林赶赴淮安督促第6师先头部队北开，粟裕在淮阴城郊的洪福庄（今属淮安市清江浦区）坚持指挥。粟裕考虑到淮阴守军经过一周激战，极其疲劳，而且华中野战军主力、山东野战军援军均未赶到，再打下去要吃亏，决定主动撤离淮阴，到淮阴、淮安以东地区休整。
1946年9月19日晚18时，华中野战军撤离淮阴城。山东野战军亦撤出战斗，转移至江苏省涟水县境内休整待机。9月20日，国民党军第7军占领淮阴县渔沟镇。9月22日，整74师继续南进，占领淮安城。至此，国民党军基本上控制了运河以西地区。
在两淮保卫战中（1946.9.10-9.22），山东野战军主力与华中军区部队一部歼灭国民党军整74师、整28师、第7军各一部，共1.4万余人。
四、两淮失守的影响
淮阴淮安失守的主要原因：第一，兵力部署不妥当。整74师附第192旅是主攻部队，淮阴淮安是主攻方向。第7军是助攻部队，沭阳县以南、泗阳县以东是次攻方向。然而，山东野战军未能集中主要兵力于主要方向，寻机歼击整74师及第192旅，而是先后在沭阳县以南地区、泗阳县东南地区与第7军纠缠，造成国民党军主力部队进攻两淮的可乘之机。第二，情报获取不全面。隐蔽作战企图是战场取胜的重要手段，国民党军进攻两淮也是一样。但是，由于情报侦察工作落后，山东野战军对国民党军进入睢宁至宿迁线之后的作战企图不清楚。此后，对于国民党军主攻与佯攻方向也不清楚，造成作战行动步步被动。第三，协同作战不到位。全面内战爆发后，山东野战军与华中野战军一直处在战略配合状态，保卫两淮则成为战役配合。然而，两野战军没有隶属关系，作战行动要通过华东局、华中分局、中共中央军委协调，程序多，进程慢。在战场形势不断变化的情况下，这种体制严重影响了作战行动。直到淮阴城破之时，山东野战军主力还在南下中，华中野战军主力则还在北上中。
放弃两淮是一件大事，国民党军大吹大擂自不待言。但是，国民党军骄狂之气上升，由此更盛也是事实。两淮失守，不仅造成该地区失陷，而且造成苏中根据地孤悬敌后，对华中野战军后勤补给和兵员补充都带来不利影响。由于未能大量歼灭国民党军有生力量，部队指战员认为打了败仗，士气十分低落。华中党政军民希望像保卫马德里那样坚守两淮，结果仓促撤退，大量财产损失，群众也甚为恐慌。
中共中央不认为这是一次败仗，更关心的是部队撤出两淮地区后的安全和未来作战。1946年9月20日，中共中央军委致电陈毅、粟裕、谭震林，并告张鼎丞、邓子恢：“我放弃淮阴后，各部主力撤至距敌较远地区休整，以一部扰击敌人，待一、六师到达之后，待敌分散有机可乘之时，各个歼灭敌人。依据苏中经验，敌分散占领我区，利于我各个歼敌，人民亦可从战争中获得锻炼，惟军事工业须迁往安全地点。”
粟裕认为，山东野战军和华中野战军撤出两淮，绝对不是军事上的失败，而是对国民党军大规模歼灭战的开始。他说：“首先，研究这个问题不能脱离我们的战略方针。经过七八两个月的初期作战，我军分别在几个方向上迎击敌人，以暂时撤出部分土地和城市为代价，换取了歼灭敌十余万人的重大胜利。两淮并无死守之必要，为保存有生力量，主动撤出两淮是符合我军战略方针的。若因两淮是华中首府，便以保守这个城市为目标，同敌人进行战役决战，则是错误的。”“其次，回想当时的战场实际情况，我军还不具备歼灭敌先头部队——国民党五大主力之一的整编第74师的条件。后来在孟良崮能够歼灭它，是我军经过宿北、鲁南、莱芜三个大歼灭战，我军的装备、技术有了很大发展，积累了大歼灭战的经验，才以五倍于它的兵力，达到全歼该师的目的。解放战争开始，敌强我弱的形势很明显，打歼灭战的规模必须有一个从小到大的发展过程。我一直认为，即使第1、第6师赶到淮阴，并在淮阴同敌人作战，不仅不会讨便宜，还会吃大亏。华中主力在苏中几仗打得比较顺利，没有吃过什么大亏，由小到大，逐步发展作战的规模，是一条很重要的经验。”粟裕对两淮保卫战的评价与中共中央是一样的，并不单纯地认为失守就是败仗。