五月二十三日，毛澤東再次來電，還是要求堅守長春，原因是：“我們正在南京談判讓出長春，交換別的有利條件，但必須守住長春，方利談判，否則不利。”可是，由於撤退已經實施，毛澤東的命令已無法執行。彭真致電中央：“長春方面幅員廣大，周圍地勢平坦，我兵力不足，不可能固守。爲避免被迫作戰，我們決定撤出長春。我們昨夜退出，現已抵哈爾濱，林仍率主力在前線指揮。”
實際上，國民黨軍佔領四平之後，並沒有立即攻佔長春的打算，原因是蔣介石擔心杜聿明兵力不足，如果戰線拉得太長，容易出現意外。同時，由於蘇軍還沒有完全撤出東北，蔣介石還擔心攻佔長春會引起蘇軍的干涉。他派副總參謀長白崇禧去瀋陽，指示杜聿明固守瀋陽、錦州，確保東北與平、津之間的聯絡，不要輕易發兵北進。白崇禧在與杜聿明交換意見後，兩人都認爲蔣介石的顧慮沒有道理：現在一旦放過林彪的部隊，讓他得以休整，等他強大了“倒真值得顧慮了”。
況且，國民黨軍不惜一切打下四平，就是爲了佔領長春。杜聿明保證只用新一、新六兩個軍就能拿下長春，白崇禧隨即表示只要“一週之內下長春，老蔣看打了勝仗，沒有不高興的”。五月二十一日，在杜聿明的命令下，國民黨軍多路縱隊乘坐汽車和坦克，向撤退中的東北民主聯軍進行猛烈追擊。林彪雖下令“各部隊如遇敵時，向敵進路的側面轉移，避免單獨決戰”。但撤退中的部隊在敵人兇猛的進擊下建制均被打亂，已經無法形成有效的反擊作戰能力。
這段時間，發生了一件令林彪十分痛苦的事：掌握大量機密的東北民主聯軍作戰科長王繼芳背叛投敵了。王繼芳少年時參加紅軍，走完漫長的長征路之後，畢業於延安抗大。部隊從四平撤退的時候，這個作戰科長突然失蹤。國民黨軍有關資料說，王繼芳之所以投誠，是“他在四平街愛上了一個女人”。王繼芳所提供的東北民主聯軍目前軍力的機密情報，是導致杜聿明窮追不捨的重要原因。
五月二十三日，國民黨軍佔領長春。
蔣介石對國民黨軍的凌厲攻勢感到萬分驚喜，他在致東北軍事三人小組和北平軍調處執行部的電報中說：“甚望共產黨軍隊能幡然悔悟，切念萁豆相煎之痛，同懍骨肉相殘之恥，爲國家多留一分元氣，爲人民保存一線之生機，從速履行停止衝突之協議，遵守整編方案，化干戈爲玉帛，化戾氣爲祥和，團結合作，完成革命建國之使命。”
原想一鼓作氣打到哈爾濱的國民黨軍，在松花江南岸突然停滯不前了。
這讓原準備繼續北撤的林彪都感到了意外。
蔣介石到東北來了，他的到來打亂了杜聿明的作戰部署。
就在各部隊停在松花江南岸，等待下一步作戰命令的時候，蔣介石在杜聿明的陪同下出席了瀋陽市民的歡迎大會。由於進入東北的國民黨軍各級將領都前來拜望，前線的戰事自然也就被擱下了。緊接着，東北民主聯軍南滿部隊爲牽制國民黨軍北上，突然向位於鞍山和海城的國民黨軍第六十軍一八四師發動了攻擊。鞍山若失，瀋陽等於門戶洞開。杜聿明限令孫立人的新一軍“於二十六日前集結遼陽，迅速解海城之圍，並收復鞍山”。
