杜聿明自发动夺取东北的战役以来，多次奔赴前线指挥，日夜不息，疲劳过度，于2月18日乘专机飞北平，秘密进入白塔寺中和医院治病。3月16日，动手术割去左肾。4月16日，返回沈阳。

杜聿明回到沈阳后，得知在他卧病中，熊式辉、郑洞国曾指挥由美舰从上海、广州、越南等地陆续调来的五个军，向解放区猖狂进攻，虽然进占了抚顺、鞍山、铁岭、法库等地，但受到东北民主联军坚强阻击，损失重大，士气低落，形成僵局。因此，如何消灭共军主力，打开僵局，成为杜苦心思考的核心问题。他决心一方面就现有态势，让郑洞国继续向四平进犯，一方面搜集东北民主联军的情报，寻找主力，以求一逞。

杜认为:从地形上看，本溪为沈阳门户，如将东北民主联军压迫于山海关以南，就可扼要据守，抽出一个军到四平方面，以优势兵力向四平进攻。于是命第五军、新编第六军对本溪准备攻势。

4月28日，在空军掩护下，两个军分两路向本溪攻击。杜聿明在本溪得手后，迅速转而全力策划进攻四平街之战。他先调第一九五师及第八十八师至铁岭，掩护中长路的安全，又令新六军迅速集中辽阳附近，用火车输送至开原，以击破四乎街，一举收复长春、永吉为目的，部署两翼攻击，企图压迫东北民主联军于辽河套内而歼灭之。5月14日，国民党在飞机炮火协同下，并始猛攻，经过激烈战斗，东北民主联军实行战略撤退，杜部于5月19日侵入四平。

随即，杜聿明向蒋介石派来的副总参谋长白崇禧说明了要——举进占长、永的决心和处置，并分析了双方态势，列举四点理由:(一)进攻四平目的，就是为了击败共军主力，一举收复长春、永吉，如不继续前进，则前功尽弃；(二)国军整训，共军也整训，而共军扩充非常迅速，必然坐大；(三)进攻命令已经下达，中途变更会引起混乱，有被敌各个击破危险；(四)长春为东北首府，永吉、小丰满水电站电力可以利用，在地形上可依松花江天堑与共军隔江对峙。

杜坚持自己的意见不到长春绝不停止。白一再问杜:“有无把握？”杜肯定说:“绝对有把握。”使得蒋、白均同意了杜收复长、永后再和共产党谈判，下停战令的计划。为此，杜在以扇形追击打破东北民主联军之离心退却，保持追击重点于长、永方面，作了部署。

5月23日，国民党军进占长春，至5月31日止，又占领了松花江以南永吉至农安之线。杜聿明到东北仅仅半年，就先后侵占了辽西全部及沈阳外围铁岭、抚顺、本溪、辽阳、鞍山、海城、营口等重点城市，北沿松花江与东北民主联军相对峙。不久，停战期限届满，国共谈判破裂，杜怀着抢夺整个东北的野心，策定了南攻北守的全局作战指导原则，于8月间派副长官郑洞国负责指挥对热河省的全面进攻，扫荡热河境内的共军。10月，又派第五十军进攻安东、通化等重要城市。该军第二十五师在暖阳边门被全歼。杜并未从失败中吸取教训，认为这不是战略上的错误，而是个别将领无能，仍坚持既定扫荡方针，向临江进攻，部队再一次遭受沉重打击。至此，东北国民党军开始走下坡路。

1947年5月15日，北满的东北民主联军渡江南下，展开了大规模的夏季攻势。18日，攻占怀德。24日，占领四平街外围重要城市。26日，攻入法库。27日，攻入昌图。6月15日，开始总攻四平。

杜与郑洞国等高级幕僚研究了全盘情况，认为本溪的东北民主联军对沈阳威胁甚大，决心以第五十三军为主力进攻扫荡，以固沈阳门户，然后集结可能集结的兵力去解四平之围。根据这一决定，由郑指挥对本溪的攻击，20日攻下。杜又根据电台侦察，中长路以东电台甚多为判断:共军主力可能在中长路以东的山区，并可能在移动之中。于是，他决定利用这个机会开始攻击，指挥右翼兵团向四平街左翼包围攻击前进，击破东北民主联军后，大胆分头猛进，力求包围消灭东北民主联军；中央兵团由现地发起进攻，击破当面之敌，即迅速追击而歼灭之；左翼兵团协助中央兵团向双山、昌北以北占领阵地之敌右翼包围攻击，击破当面之东北民主联军后，即向三江口郑家屯追击前进。命令下达后，杜部各部队在飞机炮火协同下大举进攻，战斗甚为激烈，直到6月30日东北民主联军主动撤退，四平之围随之而解。后来，在东北民主联军铁拳锤击下，杜聿明迭遭惨败。他日夜谋划，一筹莫展，以至忧郁成疾，不能亲事，于7月、8日垂头丧气离开东北，到上海医治。

1948年6月，经过近一年的医治和疗养，杜聿明身体康复，蒋介石遂任命杜为徐州“剿总”副总司令兼第二兵团司令官。

杜上任不久，奉蒋介石命令指挥第二、第十六、第十三兵团去增援济南。途中，杜获悉济南于9月24日被解放军攻克，王耀武(第二绥靖区司令)被俘，急忙命令部队停止前进，掉头转向徐州、商丘等地。同年9月21日，东北解放军发起了辽沈战役。10月初，完成了对锦州的包围，切断了东北国民党军通往关内的唯一通道。蒋介石为了挽救败局，赶紧将杜聿明调回沈阳。

10月15日，杜聿明急忙从徐州飞抵沈阳。次日，锦州便失守。他吓得不敢在沈阳再住，急忙乘飞机飞锦西，再乘汽车溜到葫芦岛，转飞北平。19日，蒋介石电召杜等人去北乎参加军事会议，研究收复锦州事宜。会前，杜聿明和卫立煌商定，不同意进攻锦州，认为此时强攻锦州，将会招致全军覆灭。蒋介石则坚持收复锦州的意见，当晚，蒋派参军罗泽闾去找杜，要杜接卫立煌之职(任东北“剿总”总司令)。他拒绝说:“我有病，不能去。”第二天早上，杜聿明谒见蒋介石时，反问道:“校长看收复锦州有几分把握？”蒋说有六成。杜引用孙子兵法对蒋说:“庙算胜者得算多，庙算不胜者得算少，多算胜，少算败。现在我们算到六成，只会失败，不会胜利。”杜又问蒋介石有多少兵力。蒋说少于共军。杜又引孙子兵法对蒋说:“五则攻之，十则围之，倍则奇正并用。有奇无正，有正无奇，每战必殆。以目前的敌我兵力比较，不仅没有五倍、十倍的兵力围攻敌人，而且是敌倍于我，敌人有奇有正，并可能集中五倍、十倍兵力攻围，消灭我军，所以我认为目前收复锦州是凶多吉少并有全军覆没的危险。”