杜聿明为解四平之危，调集了全部机动兵力的9个主力师，从沈阳、长春地区南北推进，往四平增援。24日，从长春出援的两个师被阻于陶家屯。沈阳方向出援的7个师分三路沿中长铁路两侧地区向四平攻击前进。这对我军全歼四平守敌十分不利，但也给我在运动中歼敌有生力量造成了时机。
据此，东总首长决定："目前，我军对四平采取佯攻方针，吸打增援。"决定集中9个师迎击沈阳北援之敌。24日14时，1纵(欠3师)奉命南下打援，7纵纵直和另两个师也协同2纵向南打援。四平战斗由6纵接替，并由6纵首长统一指挥1纵3师和7纵独3师，继续进行路东战斗。
25日，1纵3师攻打东南角守敌坚固支撑点天主教堂。9团8连连长卞献荣亲自率领全连32名老战士，在轻重机枪掩护下，连续十几次爆破敌火力点，将天主教堂炸毁并占领。战后，8连被命名为"四平爆破模范连"。
这时，四平守敌残部被压缩在市东北角之晓东中学、石油化工厂一带，极力呼叫援兵。蒋经国亲自到沈阳并空投蒋介石的亲笔信，对四平守军进行安抚和鼓励。
27日，由长春南援之敌新1军占领四平东北60公里之公主岭。29日，沈阳北援之敌的先头部队进至四平南10公里之牤牛哨，与我形成对峙局面。我军已失去全歼四平守敌之机，遂主动于30日晨全部撤出战斗。至此，历时半个多月的四平攻坚战即告结束。
