根据东北国民党军的态势和部署情况，林彪决定将冬季攻势的重点南移，在沈阳周边地区作战，以打击国民党军与关内联络的通路，并吸引华北国民党军援救东北，配合关内作战。1947年12月，东北野战军集中全部9个纵队的主力，发起冬季攻势，28日攻克沈阳西北郑家屯至大虎山铁路线上之彰武。彰武离沈阳不过90余公里，其丢失直接威胁到沈阳安全，陈诚决策集中5个军的兵力，在西起新民、东至铁岭的宽大战线，向沈阳西北推进，企图与东北野战军进行决战。1948年1月5日，东北野战军4个纵队以迅捷动作，将位于国民党军左路的新5军围困在公主屯地区，另以3个纵队切断其与中路和右路部队的联系，2个纵队待机打击国民党援军。陈诚一面令新5军坚守待援，一面令其他4个军加速救援，但均被东北野战军部队阻止在公主屯周边地区，无法靠近。7日，新5军军长陈林达见援军迟迟不能接近，遂率部突围，但被东北野战军部队包围全歼，陈林达被俘。公主屯之役震动沈阳，陈诚眼见无法挽回东北危局，刚来东北时的“雄心”早已不复存在并萌生了去意。1月10日，蒋介石亲飞沈阳，决定成立东北“剿匪”总司令部，调卫立煌为东北行辕副主任兼“剿总”总司令，并自胶东调范汉杰率整编第54师增援东北。2月12日，卫立煌又出任东北行辕代主任。陈诚实际离开东北的指挥岗位，回到南京，并在行宪国大召开期间，受到诸多东北籍代表的指斥，狼狈不堪。