当围歼廖耀湘兵团战斗快结束时，林彪又决定抽出七纵、八纵、九纵和独立二师迅速南下，切断国民党军从营口逃跑的退路。可是由于辽河上无桥，林彪命令辽宁军区司令员陈奇涵架设浮桥，浮桥又不能马上建起来，所以大部队在渡河时花了不少时间。当行军速度最快的九纵先头部队到达营口外围的石桥子时，也是在10月30日下午。
就在这段时间，见势不妙的刘玉章指挥五十二军在营口已经做好了从海上撤退的准备。
为了对付解放军南下的主力，52军事先已在市外布防，在解放军先头部队到达立足未稳时，刘玉章就让部队抢先发起进攻。10月30日夜，蒋介石从葫芦岛派来接52军打前站的炮舰已经到达了营口，舰长告知运输船随后就到。刘玉章见52军有了逃生的希望，就指挥部队拼命抵抗。
10月31日，东野九纵主力和独立二师都赶到了营口，由于是急行军，又要渡辽河，所以重武器未随身带来，在和52军作战时，不能迅速结束战斗。
11月1日，52军一边抵抗解放军，一边安排上船。由于人多船少，刘玉章命令将所有辎重抛弃，船上尽量多装人。
11月2日这天，解放军七纵、八纵的先头部队也赶到了，九纵和独立二师攻入了营口，但是52军已有大部上船出海。其中有一条船装了3000多人，由于装得太重，船底触礁，不能开动，秩序大乱，引起火灾，3000多人大部分被烧死，其余的残部则逃往葫芦岛。解放军虽然在营口歼灭了52军一部并缴获了不少军械物资，可还是让52军跑掉了1.5万人。
刘玉章率残部撤到葫芦岛后，这个地区还有不少国民党军。原来，在塔山阻击战之后，在葫芦岛由侯镜如指挥的东进兵团已没有向前进攻的必要，一直还留在葫芦岛地区。廖耀湘兵团覆灭后，杜聿明和国民党海军总司令桂永清决定将这批部队运走了，他们知道如果再不运走，葫芦岛港口封冻之后就很难再走。
这批部队包括侯镜如的第十七兵团部、林伟俦的62军、黄翔的92军、王伯勋的39军、阙汉骞的54军、朱致一的独立95师，以及从营口运过来的刘玉章的52军。这些部队大多已是建制不全，但都在11月上旬从海路运走，其中的62军、92军和独立95师原来就是华北的部队，所以就运往秦皇岛，归还华北“剿总””建制，其余的到上海转中原战场。从此蒋介石在葫芦岛所设立的冀热辽边区司令部，卫立煌在葫芦岛所设立的指挥所也就不再存在。
具有戏剧性的是，在东北指挥打响第一枪的国民党军将领是杜聿明，而指挥撤走国民党在东北最后一个士兵的也是杜聿明。
