，于3日晨放手诱整编第3师冒进，并将战场由韩集西移大杨湖地区。
待整编第3师进入预定战场后，右集团主力向南，一部由东向西攻击;左集团先楔入整编第3、第47师之间，然后主力由南向北攻击整编第3师，一部向南阻击整编第47师。
3日下午，整编第3师第3旅被诱至大黄集，师部进至天爷庙，第20旅进至大杨湖;整编第47师进至三丘店、常路集以南。23时30分，晋冀鲁豫野战军左右两集团突然对整编第3师发起攻击，首先把攻击重点指向较弱的第20旅，同时以一部兵力佯攻和牵制其师部和第3旅。
4日，整编第3师在飞机、坦克配合下顽强抵抗，晋冀鲁豫野战军仅歼其3个营。整编第3师师长赵锡田发觉已陷入重围，紧急求援。刘峙令其他各师驰援。
4日，整编第47师企图由南面向整编第3师靠拢，被第3纵队阻于桃园地区;其余各师亦向整编第3师增援。5日，晋冀鲁豫野战军向整编第3师发起全线猛攻，战至6日晨，于大、小杨湖地区全歼其第20旅，重创第3旅，并进逼其师部。
中午，整编第3师师部与第3旅残部向南突围，晋冀鲁豫野战军于秦砦附近地区将其全歼，俘赵锡田。整编第3师被歼灭后，国民党军各路援军即向考城、兰封方向撤退。晋冀鲁豫野战军抓住有利战机，于7日对整编第47师从侧后展开猛烈卷击，经1天激战，全歼其2个旅。
同时，追击整编第41、第55、第68师，8日上午又歼其约1个团。至此，郑州方向国民党军的进攻被挫败，徐州出犯的国民党军仍被阻于城武地区。定陶战役历时5天，晋冀鲁
135定陶(3/4)