李成芳受命之后，马上根据这6个师目前的位置，兵分三路猛追逃敌:右路军为42师之125团和40师之120团，由高要南渡西江，经腰古墟、春湾墟向阳春方向追击；中路军为41师及118团，由高要、西南镇出发，抢占新兴，切断高要之敌南逃退路后，经天堂圩向阳春追击；左路军为43师、44师，从西南镇出发，经鹤山、单水口向阳江方向追击，控制北津港；以38师为第二梯队，由清远乘船疾驶三水，向新兴、阳春方向追击，尔后由高明向恩平方向机动。这时候，各部队已经连续进行了半个多月的行军作战，相当疲劳，但他们却以惊人的毅力，接连7个昼夜的追击，终于在南海边上的阳江、阳春地区追上了逃敌。

这个时候，正赶上阴雨连绵，道路泥泞不堪，在这片丘陵地带除了山地就是水网纵横的稻田。但这些困难没能阻止善于吃苦耐劳的解放军官兵，却大大地迟滞了余汉谋残部的行进速度。后来，李成芳曾开玩笑似地说道:“如果不是老天爷开恩，连日下雨，敌人可能就溜走了，应该给玉皇大帝记首功。”

三路人马中，速度最快的是西路，他们以日行75公里的速度向敌右翼迂回。有的连队两天只做一顿饭，战士们边走边吃干粮。每天只睡二三个小时，往往走着走着就打起了磕睡，班长怕有人掉队，拿出了东北时的老办法，全班牵着一根绳子，班长在前面牵绳头，班副在后面牵绳尾。他们顺着与敌平行的路线，逐渐追上了敌人，至10月23日晚，终于超过了敌先头部队，迎头拦住了敌西逃之路。

次日，中、东两路部队亦进抵阳江地区，完成了对粤军主力的合围。

粤军第21兵团司令官刘安琪发觉处境危险，他已经无法到达湛江，于是请求余汉谋派军舰到海陵岛，以便就近登船逃跑。

24日，刘安琪指挥粤军向西突围，先后发动6次攻势，均被西路解放军击退。25日凌晨1时，李成芳将前线6个师的兵力分成东、西两个集团，对敌实施两面夹击。天亮后，刘安琪调整部署，再次发动新的攻势。虽然粤军困兽犹斗，进攻得一次比一次疯狂，而解放军阵地却巍然屹立。八次攻势就像巨浪拍在礁石上，虽然声势吓人，却毫无效果。

战至下午14时，刘安琪见向西突围无望，遂下令向南朝海边转进。但海边没有大港口，船也不会太多。他清楚这是第21兵团的最后一个黄昏，已顾不上别的了，能逃多少算多少吧。

李成芳发现刘安琪的企图后，立即命令东路部队向南推进，首先攻取海岸要点。刘安琪已是穷途末路，只得一面令到达海边的部队登船外逃，一面令后续部队做好掩护。解放军的炮火攻向海岸，并封锁了近海海面。从25日黄昏至次日拂晓，刘安琪的队伍除少量粤军乘军舰逃脱外，有近万人被击毙或溺毙于近海。

总攻令下达了，三路部队同时发起进攻，十几支突击队突入敌阵迅猛穿插，将敌军剁得七零八碎，建制大乱。战至当日中午，被围之敌悉数就歼，“两阳围歼战”落下了帷幕。解放军第4兵团一举歼灭了余汉谋集团第21兵团和第4兵团等部共4万余人，50军、23军、70军、39军的番号从此在国民党的军队序列中已不再存在，109、32、63军也只剩下一丝苟延残喘的力气了。

而守在潮州、汕头地区的胡琏兵团自觉自身难保，始终没敢西进一步。观望到24日，胡琏知道大陆已无他的立足之地，便发电给蒋介石，申明自己四面楚歌的困境，请蒋委员长指示。蒋介石知道胡琏一个兵团已无战力，不如撤到台湾或海南去，就电令他从海上撤走。胡琏部当即乘船离开大陆，漂向海南去了。

10月29日，广东战役宣告结束。在这场历时34天的连续战斗中，陈赓指挥第4、第15兵团等部共歼灭余汉谋集团万余人，解放县城38座。