围歼计划竟浑然不觉，仍然以为包围他们的是些“游击队”而已。因此，他一面要求余汉谋派军舰到海陵岛，按应他们从海上撤退，一而命令第50军首先向阳江以西方向突围，开辟西逃道路。从24日拂晓起，第50军集中了3个师，倾其全力向我125团的阻击阵地发动了一次又一次的进攻。在占绝对优势的敌人面前，125团指战员毫不畏惧，英勇抗击，一天之内毙敌数百，俘敌700多人，牢牢地坚守住了阵地。黄昏后，李成芳军长通今嘉奖第125团：“你们今日打得很好。望动员全体指战员，再接再厉，为全歼刘安琪兵团而努力，以尽全功。”
直到这时，刘安琪才发觉已被陈赓指挥的大军团团围住，顿时慌成一团。24日午夜，敌人开始焚毁辎重车辆，丢弃各种物资，准备向白沙圩以南的廉村、平冈圩逃窜。他们哪里知道，这时，我中路军已经进占阳江，左路军占领了海边的北津港，第38师进至阳春以南，一举封闭了敌人南逃或西撤的所有通道。
得知我军的包围圈业已合拢，陈赓等人于24日晚再次调整了围歼敌人的部署：以第41、第43、第44师及第40师第118团为东集团，从东南、东北方向进攻；以第40、第42师为西集团，从西及西北方向进攻，两集团在同一时间实施向心合击。同时要求各部大力开展政治攻势，瓦解敌军。19时，陈赓、郭天民向军委、叶剑英、方方、林彪、邓子恢报告：“自占领广州后，我四兵团经过十昼夜的急行军，忍受最大的疲劳与饥饿(无粮食)，终于将由穗西南退出之敌赶上，我四十师已超过敌先头(阳江以西)。现敌五十军一○七师、二七○师，六十二军之六七师、一五一师，三十九军之一四七师，七十军两个团，二十三军军部及两个师直，三十二军一部均被我阻击于恩平、阳江海滨地区。今晚各路共两个师均可到齐，形成合围，明日开始聚歼。”
10月25日上午，敌人集中兵力由白沙圩向西突围，两阳追歼战到了最后的时刻。国民党军逃命心切，向我军西集团坚守的阵地一连发动了八次进攻，但均被我军击溃。下午，国民党军眼看向西突围无望，便转头向南，企图在九羌埠乘船逃跑。我东、西集团迅速出击，一面攻取海岸要点，一面以强大火力封锁九羌埠港口，击沉敌船数十艘，国民党军被击毙和溺死者约万人，只有刘安琪率少数人乘军舰逃走。
入夜，我军后续部队源源赶到，将所有敌人合围于平冈圩以北直径不到7 5公里的狭长地区内。在极度的惊恐和绝望中，被围的国民党军度过了难熬的一夜，第50军山炮营副官张俊贤被俘后供称：“二十五日军部退到平冈圩，午后解放军的炮火逼近了，兵团司令官刘安琪看事不好，带了一小部分亲信仓皇乘船逃跑啦！晚上七八点钟，军长胡家骥也悄悄地溜掉。队伍没人管，混乱成一团糟，师和团的电话、电报都联络不上，部队拥到稻田里都不走啦。乱指挥开了，有的说到九羌去，想从那里坐船再逃，哪知解放军早把九羌控制了。跑吧，没有船，打吧，没人打，大家都拿不定主意，只好等着当俘虏吧！”
10月26日凌晨，我军向敌人发起总攻。十多支突击队交互插入平冈圩敌人的心脏地带，将其割裂成无数的小块，残敌好像热锅上的蚂蚁，到处奔跑呼喊，混乱不堪，成千成百地被我军活捉。战至中午12时，被围之敌全部就歼。陈赓、郭天民当即兴奋地电告军委、林彪、邓子恢、叶剑英、方方：“我十四军全部，十五军之四四师、四三师，十三军之三八师，将由广州南逃窜之敌主力截击于阳江地区，经连日激战，已将该敌歼灭于阳江西南平风圩、白沙圩地区，战斗已大体结束，现正全力搜捕俘虏，打扫战场中，战果中报”。
在合围地区的外线，第15、第13军和第14军各一部，对溃逃之敌进行了追击。27日，第13军第39师占领云浮，29日续占罗定，并追歼西逃敌之23军213师637团全部，俘千余人。两阳追歼战至此胜利结束。
两阳追歼战，是人民解放军追歼作战史上的一个光辉范例。当时，4兵团各军从江西南部出发，已经连续进行了半个月的作战，强行军1000多公里，部队相当疲劳，按常规军事理论来讲，这样的部队不可能再担负重大的作战任务。但是当传达了毛主席的乘胜直追的指示以后，全体指战员又以顽强的毅力，继续以一天150华里以上的行程，进行了5天的大追击，最终在广东南海边上的阳江、阳春地区追上了逃敌，这不能不说是一个惊人的奇迹。四野司令部战后总结就此写道：“广东敌人在我战役未发起前，即已准备逃跑，故在战役一开始各处之敌均闻风而逃，使我奔袭部队到处扑空，但在我跟踪追击下，特别是在广州敌人西逃后我连续十余昼夜之追击，坚持追下去，如先头一日夜即追一百六十里，终于在海边追上了逃敌。由此经验证明，对追击逃跑之敌，只要能正确了解与掌握敌人情况，再接再厉跟踪追击，必然能胜利完成追歼逃敌任务。此次能追歼逃敌，我四兵团追击部队的忍劳忍饥连续的追击，是这次胜利的决定关键！”
时隔40年后，已是南京