部队进入河下镇集结后，各级指挥部立刻组织干部和战斗骨干深入实地侦察地形，研究突破方案，并在运河西岸奶奶庙屋顶和一些高大的树干上设立了观察哨。
经过仔细观察和分析，大家认为，敌人依靠大运河作屏障，在高大城墙上作一线防御，如何突破城墙防卫，是全歼守敌的关键。
可只靠几挺轻重机枪仰射敌城墙之敌，要想轻易突破城墙火力，是很困难的。
因此，领导决定用一个营和一个连的兵力，连夜修建两个高出敌城楼三四米的碉堡，配置制高火力点，压制高大城墙上的敌火力阵地，掩护部队登城。
与此同时，指挥部考虑自己部队无重炮和炸药炸城墙，很难打开城墙。
于是，又用一个连从城西南大王庙房基下，向敌西南城角下，挖一条1.5米高、2米宽、150米长的地道，把从美军B-29飞机上拆下的两颗500磅重的炸弹，塞在了城墙根地下，准备引爆。
一切准备就绪后，新四军采取放风筝、阵前喊话、散发传单等多种形式，开始对伪军发起政治攻势，揭露伪军内部的矛盾和伪军受欺压的事实；并认真做好伪军家属们的工作，让她们向城内伪军喊话，劝其弃暗投明。
在那种情况下，政治攻势是必须要搞的，从人性的角度讲，也应该积极做伪军们的工作，以免其丧生。
据后来俘虏们说，凡是听进去的，多数都活下来了，顽固不化的，大多被炸死或中弹身亡了。
从包围淮安、修对抗碉堡、挖炸城地道，到发起总攻，新四军只用了一周的时间。
总攻开始，我军迫击炮、轻重机枪，向守城伪军猛射。追击炮打得城角碉堡伪军火力大减，轻重机枪打得城墙上伪军抬不起头，特别是那门从美军飞机上拆下的机关炮，威力极大。一枪一个大洞，打得城墙上砖头乱飞。
随着一阵猛烈的炮声、枪声之后，新四军引爆城墙下地道内的两枚500磅重型炸弹，敌西南城墙角轰地一声巨响，顿时一下炸开一条7米多宽的大缺口。
在我军对抗碉堡和河堤、庙顶炮火、轻重机枪强大火力网掩护下，担任主攻西南城角的二十二团两个连队，跟着硝烟一下便涌进了城墙内。两个连队肩并肩，飞速架设云梯，争先恐后涌上城墙，仅用9分钟，便占领了西南角城头，插上了我军红旗。
后续部队见前锋已突上城头，三营仅用一二十分钟，便全部登上城头。
先头部队三营占领城头后，立刻沿南墙向东发展，接应一营。
两营会合后，立刻向城中心发展推进。
与此同时，三营以一个排兵力，向北攻击，一路猛扫残敌，很快解除了攻城主力的侧翼威胁。随后，他们继续前进，又配合兄弟部队夺取西门城楼，沿西头街向东北发展，一直打到东边楚王殿。
一营从城南门西侧突入城内，占领城南城楼，沿西长街向东北发展进攻。
二营随三营之后，向城中心突进。