1949年8月11日，叶剑英辞去北平市长职务，奉命南下。9月3日，与解放军二野第四兵团司令员兼政治委员陈赓，四野第十五兵团司令员邓华、政治委员赖传珠等会合。9月7日，赣州作战会议依照中央军委的意图，制订了解放广东的作战计划。
人民解放军解放南京后，广州成了国民党政权的临时首都。国民党政府代总统李宗仁与同属桂系的白崇禧以及粤系余汉谋、薛岳等人盘踞广州，谋划“巩固粤北、确保广州”。这时，在广东境内计有国民党第二十一兵团、第十三兵团、第十二兵团等共11个军，连同其他部队约16.5万余人。自粤北至广州设置三道防线，于南雄、曲江、乐昌一线设置第一道防线；在英德沿粤汉铁路及其以东的翁源地区设置第二道防线；于广州外围的从化、增城、博罗、惠阳地区设置第三道防线，以作为广州的屏障，以广州绥靖公署直属的部队防守广州市区。企图以此负隅顽抗，作最后的挣扎。
遵照中央军委制定的“大迂回，大包围，大歼灭”的作战部署，根据粤、桂两系军阀的特点，叶剑英制定了“第一是解决曲江，第二是解决广州，第三是西上入桂”的作战方针。按照作战会议的决定，参加广东战役的中国人民解放军第二野战军第四兵团3个军、第四野战军第十五兵团2个军和两广纵队约30万人，统一由陈赓指挥。
9月28日，叶剑英、陈赓签发“战联字第一号”《广州外围作战命令》。
10月2日，解放广东战役正式打响。
人民解放军兵分三路向广东进军：以二野四兵团为右路军，从赣西南向粤北挺进，以主力攻克粤北重镇曲江，另一部分兵力直插三水，切断广州国民党军西逃之路；以四野十五兵团为左路军，从江西经翁源、新丰南下，在粤赣湘边纵队配合下，占领翁源县城，解放佛冈。13日，解放了从化、增城、花县三座县城，同时乘胜向广州进军：以两广纵队和粤赣湘边纵队为南路军，从江西进入粤北的和平，沿龙川、河源南下，直插东莞虎门，截断广州国民党军队南逃退路。解放军从东、北、西三面对广州形成包围态势。国民党军政要员纷纷作鸟兽散，余汉谋急忙布置总撤退，经西南撤往海南岛；阎锡山于11日逃往台湾。12日，蒋介石飞临广州视察，但看到情况不妙，匆忙飞往台湾。同日，搬迁到广州不到半年的国民党中央党部和“国民政府”再迁重庆。而李宗仁则于次日飞往广西桂林。
广州第一面五星红旗升起的地方
10月14日，第四十三军和四十四军收到兵团的电报后，立即分别令其先头部队一二八师和一三二师火速向广州攻击前进。14日19时30分，一二八师由北郊进入广州市，一三二师由东北郊进入广州市沙河镇，其他部队随后跟进。21时，一二八师占领了国民党总统府、行政院、广州绥靖公署、广东省政府、广州市政府及广州警察局等军政首脑机关。广州宣告解放。国民党广州市保安警察部队、市府常备自卫队2000多名官兵在中共地下党组织策动和领导下起义。与此同时，广州城区13个国民党警察分局及自卫队也在其他地下党员的策动下反戈起义，在解放军未进驻的地区担任警戒和保卫任务，维护广州社会治安。至15日晨，解放军占领了市区内全部重要目标。就在此刻，一面鲜艳的五星红旗在长堤大马路东亚酒店（即现东亚大酒店）三楼的窗口悬挂出来。这是广州公开悬挂的第一面五星红旗。
广州发电厂
除海珠桥、黄沙码头、粤汉铁路一段和潖江大桥等少数重要设施 被炸毁，及一批物资被国民党运走外，广州的重要企业和城市的公共基础设施没有被国民党破坏。特别是保卫了广州造币厂、广州发电厂（原西村电厂）、五仙门发电厂、增埗水厂、市区水厂以及电话系统等城市基础设施不受破坏；保卫了中山大学、文理学院、法商学院等学校的安全，使广州基本完整地保存下来。1949年11月28日，广州市副市长朱光在广州市第一届各界人民代表会议上指出：“解放时，市内水电，敌人均企图破坏，但由于工人同志积极保护得以避免。因此解放以来，全部水电和市内交通均照常供应和运行。”
10月26日，第四兵团在粤中纵队配合下，将逃窜到阳江、阳春地区的国民党余汉谋部主力，聚歼于阳江县的平岗墟和白沙墟地区，取得歼敌一个兵团部、四个军及广东保安部队等4万余人的辉煌战果。
10月27日，第四野战军司令员林彪等致电嘉奖第四兵团：“庆祝你们全部歼灭由广州向西逃窜之敌主力的伟大胜利，这一胜利对于解放琼崖和解放广西均有重大意义，对于你们坚决执行毛主席指示精神，连续十昼夜穷追猛打精神，特予表扬。” 11月4日，历时34天的广东战役胜利结束，解放军伤亡1700余人，解放了除钦州、合浦（今均属广西）地区和雷州半岛以外的广东大部。在广东战役中，以两广纵队和粤赣湘边纵队、粤中纵队组成的南路军，担负解放广东一翼的任务。闽粤赣边纵队和粤桂湘边纵队亦积极配合大军作战，解放了潮梅和西江的广大地区。
此战，解放军共歼灭国民党军62380人，其中俘敌41060人，毙伤10600人，起义4790人，投诚2490人，改编3440人，为下一步进入广西歼灭白崇禧集团创造了条件。
