长春被东北民主联军占领的那天，马歇尔回到了中国。美国人担心东北的战火会成为苏军继续滞留中国的借口。马歇尔在听取了前往东北地区监督停战的三人小组的汇报后，在与蒋介石和周恩来分别进行了多次交谈之后，得出了关于目前中国时局的结论，而这一结论令蒋介石与马歇尔的矛盾公开化了。
同时，马歇尔也意识到，共产党人对长春的占领，“对于国民政府的影响甚至更是灾难性的”，因为国民政府中的“极端反动集团的势力”现在可以说，共产党“从来没打算坚持履行达成的协议”。
四平没有攻下，长春也失去了。
四月十六日，从北平回到东北的杜聿明所做的第一件事，就是不惜一切代价夺回四平。
四平血战开始了。
在林彪的急令下，东北民主联军所有的主力部队昼夜奔袭，前后到达四平的总兵力近八万人。虽然没有大规模阵地防御作战的经验，官兵们还是开始紧急抢修防御工事。他们沿着小城外围挖掘了大量的交通壕，甚至把小城西南的河道全部堵塞，从而让河水漫出形成大面积的沼泽，以阻止敌人坦克的冲击。同时，四平城内囤积了大量的粮食、弹药和医疗用品。林彪的命令是：要使每一个前线指战员有战斗到最后一人的决心，要有与最后一个阵地共存亡的决心。
十八日，国民党军新一军在郑洞国的指挥下发动了攻势，其新编三十师沿铁路由南向北，新编三十八师由西向东，五十师直指四平东南。三路大军在飞机和坦克的掩护下对四平正面展开轮番攻击。交战双方都表现出决死的斗志。在国民党军强大的火力轰击下，东北民主联军的防线多次出现危机，前沿官兵数次与进攻的敌人进入肉搏状态。双方不断派出突击队向对方阵地渗透，两军犬牙交错地混战在一起。国民党军的每一次进攻，都用优势火炮进行长达三个小时以上的火力准备，致使四平外围的阻击阵地上硝烟弥漫、弹坑累累。东北民主联军所有的防御工事很快就被夷平，官兵们只有利用钢板构成的堡垒做掩护，躲避炮弹的杀伤，然后待敌人冲锋到三十米处时，跳出工事用手榴弹和刺刀展开拼杀。新一军虽然武器优良、火力猛烈、战术精到，但是当白刃战和肉搏战来临时，国民党军官兵面对共产党官兵不惜生命的勇气不禁心惊胆战。战至四月二十六日，新一军在四平城东的一次攻击被打退，东北民主联军在城北的反击未能奏效，战场出现了暂时对峙。
郑洞国要求杜聿明增援。
二十七日，毛泽东为中央军委起草的电报到达：“化四平街为马德里。”（“马德里”，指的是一九三九年西班牙内战中“国际纵队”与西班牙人民一起为保卫马德里而战斗。）
毛泽东的态度是“化四平街为马德里”，林彪的态度则是“尽量化四平街为马德里”。四平八天的战斗，林彪已清醒地认识到目前我军作战的弱点：没有城市防御作战的基本经验，官兵们只知道向前方射击，缺乏与友邻部队策应的意识；火力配备的层次和纵深都不理想，无法形成有效的阻击火力；战场上没有统一的射击命令与信号，有的部队开火太早，致使敌人临近时弹药不足；部队交接阵地时没有顾及工事的交接，造成接手阵地的部队在工事已全部失效的情况下出现大量伤亡。
然而，毛泽东要求林彪坚决保卫四平。
毛泽东的真实意图，不仅是以四平之战赢得谈判桌上的有利地位，而且还要在四平一线将国民党军的攻势彻底遏止，以期达到国民党占领沈阳以南，共产党占领长春、哈尔滨以北的平分东北的目的。
但是，本溪失守的消息传来了。
本溪失守后，解除了后顾之忧的国民党军迅速北上，向四平包抄而来。其中廖耀湘的新六军在右，陈明仁的第七十一军在左，已经回国的孙立人指挥新一军居中。东北民主联军本来就装备简陋，兵力不足，现在为防御国民党军的两翼包抄，防线又被拉长至五十多公里，兵力更见稀疏，火力更见单薄。由于防御的正面过于宽大，东北民主联军各部队主力都被置于阵地一线，惨烈的战斗导致的重大伤亡令各部队的兵力捉襟见肘。
此时，负责四平左翼防御的黄克诚提出了“适可而止，不能与敌硬拼”的建议。黄克诚先给林彪发电，但没有等来林彪的回音，更没有等来林彪撤退的命令。五月十二日，他直接致电中央，不但建议放弃四平，甚至建议放弃长春。
黄克诚还是没有接到任何回音。他不知道，在远离四平战场的地方，国共正在谈判桌上就东北问题激烈地讨价还价，而四平无异是一个重要的筹码，共产党人在这样的时刻绝不能轻易放弃四平。毛泽东十五日给东北局发来电报称：“四平街作战支持的时间愈长愈有利。”整整十三年后，黄克诚才明白当年在战场上林彪为什么没有回音。
然而，就在毛泽东发出这封电报的时候，东北民主联军保卫四平的最后时刻来临了。
廖耀湘指挥的新六军新编二十二师的一个团，在付出一个连的伤亡后，突破了东北民主联军第三纵队的防线。新六军由此乘胜推进。在泥泞的乡间小路上，国民党军用钢板铺路，六百多辆汽车、坦克和火炮强行通过，其推进速度之快、进攻强度之大，令负责阻援的第三纵队连连退守，新六军主力很快逼近四平地区。同时，东北民主联军在其他方向上的防御阵地也被相继突破，国民党军最后对四平防线的制高点塔子山形成三面包围。
塔子山距四平城仅十余公里，塔子山阵地上只有十九团。五月十八日，新六军在向塔子山进行了空前猛烈的炮击之后，步兵在飞机的助战下发动了强攻。十九团五连的阵地前突，八名机枪手全部伤亡，副班长杨甫南一个人轮流使用九挺机枪射击。防守核心阵地的三连和十连，面对敌人的集团冲锋，无一人后退。连续的激战令官兵们无法垒就工事和掩体，他们在犹如暴雨般倾泻的炮弹中血肉横飞。弹药全部用完之后，阵地上幸存的官兵们使用了石头和牙齿。最后，在这个不足百余平方米的小山头上，交战双方官兵的尸体达上千具。
林彪不断给塔子山方向打电报，先是命令“尽可能再坚持一天”，然后命令“最少明天要顶半天”。但是，在塔子山防御阵地上，官兵几乎伤亡殆尽。而奉命增援的部队轻信了老百姓的话，以为辽河水深难以徒涉，以至于没能及时赶到战场。林彪给毛泽东去电：“四平以东阵地失守数处，此刻敌正猛攻，情况危急。”电报发出几个小时后，十八日下午，传来塔子山阵地全部失守的消息。这时候，林彪下达了全线撤退的命令。
